الألواح الشمسية متعددة الألواح مقابل أحادية الألواح مقابل مرنة، والدوائر المتسلسلة مقابل المتوازية

عندما يتعلق الأمر باختيار الألواح الشمسية التي ستعمل بشكل أفضل لتلبية احتياجاتك، فهناك الكثير من المتغيرات التي يجب عليك مراعاتها: أحادية البلورة مقابل متعددة البلورات، والألواح الصلبة مقابل الألواح المرنة، وتوصيل الألواح الشمسية على التوالي مقابل التوازي أو مزيج من الاثنين.

ستساعدك هذه المقالة على توضيح هذه القرارات التي ستحتاج إلى اتخاذها. لنبدأ بالألواح الشمسية. فيما يتعلق بما سنناقشه، سنتحدث عن الفرق بين الألواح أحادية البلورة ومتعددة البلورات، وهي الألواح الشمسية المجربة ذات الإطار القلبي. سنتحدث أيضًا عن الفرق بين الألواح التقليدية والألواح الشمسية المرنة الحديثة. وأخيرًا، سنتحدث عن كيفية توصيل الألواح الشمسية، وهل يجب توصيلها على التوالي أم على التوازي، وبعض مزايا وعيوب كلٍّ من هذين الخيارين.

أحادي البلورة مقابل متعدد البلورات

لننتقل مباشرةً إلى الألواح أحادية البلورة مقابل الألواح متعددة البلورات. تتمثل الاختلافات الرئيسية بين هذه الألواح في المتانة والمظهر، والكفاءة والحجم، بالإضافة إلى تكلفة الواط الواحد.

متانة

من حيث المتانة، يتميز كلا هذين اللوحَين الكهروضوئيين بمتانة فائقة. يتميزان بإطار من الألومنيوم مع سطح من الزجاج المقسّى لتغطية جميع الخلايا الشمسية المُنتجة للطاقة. يغطي المُصنِّعون عادةً هذه الألواح الكهروضوئية لمدة 25 عامًا تقريبًا، وهي في الواقع فترة ضمان طويلة جدًا للمنتج. أما بالنسبة للطقس، فتتميز هذه الألواح بمقاومتها الفائقة لجميع أنواع الطقس، بما في ذلك الرياح العاتية وحتى حبات البَرَد متوسطة الحجم. القاعدة العامة هي أنه إذا كان الطقس قادرًا على إتلاف سقفك، فقد يُتلف ألواحك الشمسية أيضًا.

الكفاءة والحجم

لنتحدث الآن عن كفاءة وحجم كلٍّ من هذه الألواح الشمسية الكهروضوئية. تُصنع الألواح الشمسية أحادية البلورة من رقاقة سيليكون عالية الجودة. لذا، فهي عمومًا أكثر كفاءة من الألواح متعددة البلورات (الكفاءة تعني نسبة الطاقة المُحوّلة إلى كهرباء). لذا، عندما يتعلق الأمر بالألواح أحادية البلورة عالية الإنتاج بكميات كبيرة، فإن استهلاكها للطاقة يبلغ حوالي 20% (على سبيل المثال: وحدة الطاقة الشمسية كولينرجيسلسلة CLM-330M-60، مصنوعة من خلايا PERC أحادية مربعة كاملة الأبعاد 158.75 مم × 158.75 مم؛ أما بالنسبة للألواح الشمسية متعددة البلورات عالية الأداء، فتبلغ حوالي 17%. ولأن الألواح الشمسية أحادية البلورة أكثر كفاءة، فإن تأثيرها أصغر قليلاً من الألواح الشمسية متعددة البلورات. إذا كان لديك لوح شمسي أحادي البلورة بقوة 330 واط (1665 مم)1002 مم = 1.67 متر مربع) مقارنة بلوحة شمسية متعددة الطاقة بقدرة 330 واط (1956 مم(992 مم = 1.94 متر مربع)، ستكون اللوحة الشمسية الأحادية أصغر حجمًا ولن تشغل مساحة كبيرة مثل اللوحة المتعددة.

ملاحظة: يتم تحديد كفاءة الألواح الشمسية من خلال عاملين رئيسيين: كفاءة الخلايا الشمسية، بناءً على تصميم الخلية ونوع السيليكون؛ وكفاءة اللوحة الإجمالية، بناءً على تخطيط الخلية وتكوينها وحجم اللوحة الشمسية.

التكلفة لكل واط

لنناقش الآن تكلفة الواط لكل من هذه الألواح الشمسية. بشكل عام، تتشابه التكلفة تقريبًا، ولكن لأن الألواح الشمسية أحادية البلورة تُصنع من السيليكون عالي الجودة، فإن عملية التصنيع تكون أعلى قليلًا، مما يُجبر المستهلك على دفع سعر أعلى قليلًا.

قبل عشر سنوات، عندما كنا ننتج الألواح الشمسية أحادية البلورة، كان من الجيد شراء الألواح الشمسية بسعر دولار واحد تقريبًا للواط. ولكن مع مرور الوقت، ومع ازدياد الطلب على الطاقة الشمسية، انخفضت تكلفة الألواح الشمسية. اليوم، من المفترض أن تجد بسهولة الألواح الشمسية أحادية البلورة والألواح الشمسية متعددة البلورات (ألواح شمسية عالية الكفاءة) بسعر يتراوح بين 20 و25 سنتًا للواط.

الألواح الشمسية التقليدية مقابل الألواح الشمسية المرنة

سنناقش الآن الفروقات بين الألواح الشمسية التقليدية التي ناقشناها للتو والألواح الشمسية الحديثة والمرنة (القوباء الشمسية). وسنتحدث مجددًا عن المتانة والمظهر، والكفاءة، والحجم، والتكلفة لكل واط.

متانة

أولاً، المتانة. ألواح الزجاج المقسّى التقليدية متينة للغاية. أما الألواح المرنة، فهي أقل متانة. هناك مشاكل مثل الخدوش السطحية والخدوش الدقيقة، بالإضافة إلى التمزقات التي قد تلحق بالخلايا الشمسية لعدم وجود طبقة حماية من الزجاج المقسّى على سطحها. كما أنها لا تتمتع بضمان من الشركة المصنعة لمدة 25 عامًا. عمومًا، تأتي الألواح الشمسية المرنة بضمان لمدة 5 سنوات تقريبًا، لأن معظم الشركات المصنعة، بما في ذلك بعض شركات الطاقة الشمسية الكبرى، لا تتوقع أن تدوم طويلًا.

الكفاءة والحجم

فيما يتعلق بالكفاءة والحجم، قد لا تكون هذه الوحدات الشمسية المرنة بنفس كفاءة الوحدات الشمسية التقليدية. لذا، في أعلى فئة، يبلغ متوسط كفاءة هذه الوحدات المرنة حوالي 15-16%. وهذا ليس جيدًا جدًا عند مقارنته بـ 17% للوحدات الكهروضوئية متعددة البلورات و20% للوحدات الكهروضوئية أحادية البلورة. سيؤدي الفرق في الكفاءة إلى ضرورة شراء المزيد من الوحدات الكهروضوئية. أو ستكون كل وحدة كهروضوئية أكبر حجمًا ولها بصمة أكبر ومساحة سطح أكبر لإنتاج نفس كمية الطاقة. الآن دعونا نتحدث عن الحجم بين نوعي الوحدات الشمسية. الوحدات الكهروضوئية التقليدية أكبر حجمًا وأثقل وزنًا بكثير من الوحدات الكهروضوئية المرنة. ومن الواضح أن هذه إحدى المزايا الرئيسية التي تتمتع بها الوحدات المرنة على الوحدات التقليدية.

على سبيل المثال، لوح شمسي أحادي ١٢ فولت بقوة ١٨٠ واط، مثبت على مركبتنا الترفيهية، يزن ١١.٥ كجم، وسمكه حوالي ٣ إلى ٤ بوصات (بما في ذلك الحوامل). وللمقارنة، يمكنك الحصول على لوح شمسي مرن بقوة ١٨٠ واط، قد يزن ٢.٤ كجم، وسمكه أقل من نصف بوصة تقريبًا. إنه إنجاز مذهل حقًا.

فروق التكلفة

انتبه الآن إلى فروق التكلفة بين الألواح الشمسية التقليدية والمرنة. كما تعلم، تتراوح تكلفة الألواح الكهروضوئية التقليدية بين 20 و25 سنتًا للواط، مما يضمن جودة جيدة. وقد أجرينا بحثًا سريعًا على الإنترنت للتحقق من أسعار الألواح المرنة. وجدنا لوحًا مرنًا بقدرة 180 واط بسعر يزيد عن $200، والذي يكلف حوالي $1.1 للواط، وهو سعر أعلى بكثير. هذا يزيد عن خمسة أضعاف سعر أي لوح شمسي آخر يمكنك البحث عنه. ستكون تكلفته باهظة. وإذا كانت ميزانيتك جيدة، فاختر الألواح الشمسية المرنة.

ولكن لا تقلق، فقد تحصل على سعر جيد مقابل أفضل مرونة ممكنة ألواح الطاقة الشمسية أحادية PERC بتقنية Shingled في Couleenergy.

توصيل الألواح الشمسية على التوالي والتوازي

حسنًا يا رفاق، سننتقل الآن إلى الموضوع الأخير، وهو توصيل الألواح الشمسية على التوالي و/أو التوازي. قد يكون هذا الموضوع مُربكًا للغاية. وهدفنا من هذا القسم القصير هو محاولة جعله واضحًا وسهل الفهم قدر الإمكان. قبل أن ننتقل إليه، نريد أن نُنعش ذاكرتنا بشأن العلاقة بين الواط والفولت والأمبير. كما قد تتذكرون، ناقشنا كيف أن الواط يساوي الفولت مضروبًا في الأمبير. ستكون هذه المعادلة مهمة جدًا أثناء شرحنا لسيناريوهاتنا اليوم. عندما نوضح كيفية التوصيل على التوالي والتوازي، سنستخدم نظامنا الشخصي كمرجع لتوضيح هذه المفاهيم. لدينا إذًا أربعة ألواح شمسية أحادية بقدرة 330 واط، ليصبح المجموع 1320 واط. نعلم أن لدينا ألواح شمسية أحادية بقدرة 330 واط وجهد 33.8 فولت، وهذا يعطينا حوالي 9.77 أمبير من التيار على كل لوح من هذه الألواح الشمسية أحادية البلورة.

التوصيلات على التوالي

الآن، أول شيء يجب التحدث عنه هو توصيلها على التوالي. عند التفكير في توصيل الألواح الكهروضوئية على التوالي، عليك أن تفكر في الألواح الكهروضوئية كما لو كانت مربوطة بخيط. أنت تأخذ كل لوحة من هذه الألواح الكهروضوئية بقدرة 330 واط، وتقوم بتزويجها أو دمجها في لوحة شمسية واحدة بقدرة 1320 واط. هذا من الناحية الكهربائية، وليس من الناحية الفيزيائية. من الواضح أنها ستبقى أربعة ألواح كهروضوئية أحادية منفصلة، ولكن من الناحية الكهربائية، ستقوم بتوصيلها في لوحة كهروضوئية واحدة بقدرة 1320 واط. الآن دعونا نتحدث عما يتغير في مجموعة الألواح الشمسية الكهروضوئية عند القيام بذلك. عند توصيل جميع هذه الألواح الكهروضوئية أحادية البلورة معًا، ستأخذ الخط الموجب على سلك لوحة واحدة إلى الخط السالب، وسلك آخر يأخذ سلك الخط الموجب إلى الخط السالب التالي، وهكذا دواليك. لذا ما تبقى لديك هو لوحة طاقة شمسية أحادية بقدرة 1320 وات، يخرج منها سلك سلبي واحد وسلك موجب واحد.

ما يتغير عند القيام بهذه العملية هو جهد نظام الطاقة الكهروضوئية لديك. ما تحتاج إلى تذكره هو أنه عند توصيل الأشياء على التوالي، فإن الشيء الوحيد الذي يتغير مع هذا النظام هو الجهد. لذلك عندما تقوم بتوصيل أربع ألواح شمسية أحادية PERC بقدرة 33.8 فولت معًا، ستأخذ 33.8 فولت وتضربها في أربعة، مما سيعطيك 135.2 فولت. لذا لديك الآن لوحة شمسية بقدرة 1320 واط و135.2 فولت. وإذا كنت تشير إلى المعادلة التي تحدثنا عنها للتو، فإن الواط يساوي فولت مضروبًا في الأمبير، لديك الواط وهو 1320 واط، لديك الفولت وهو 135.2 فولت، ولكن ليس لديك الأمبير. لذا لحل هذه المعادلة بسهولة شديدة، ما عليك سوى أخذ الواط 1320 مقسومًا على 135.2 فولت، وهو ما يمثل أصواتك، وهذا يعطيك 9.77 أمبير. وبالتالي، لديك نظام طاقة ضوئية بقدرة 1320 واط عند 135.2 فولت و9.77 أمبير.

التوصيلات المتوازية

الآن تم الانتهاء من السلسلة. دعونا نتحدث عن توصيلها على التوازي. عند توصيل هذه الألواح الشمسية أحادية البلورة الأربعة على التوازي. يكون الأمر عكس ذلك تمامًا تقريبًا. ستبقى كل لوحة من هذه الألواح الكهروضوئية بقدرة 330 وات كألواح شمسية منفصلة. ستكون ألواحًا شمسية فردية تنتج كميات فردية من الطاقة عند 33.8 فولت. الشيء الوحيد الذي سيتغير عند توصيل كل هذه الألواح على التوازي هو أن خطًا موجبًا وآخر سالبًا يخرج من أحد الألواح الكهروضوئية، ويخرج خط موجب وآخر سالب من اللوحة التالية، وهكذا دواليك. لا يوجد أي منها متصل ببعضه البعض. الشيء الوحيد الذي يتغير هو أمبير مجموعة الألواح الشمسية لديك. لذا لا يزال لديك مجموعة ألواح شمسية بقدرة 1320 وات عند 33.8 فولت. ومرة أخرى، دعنا نعود إلى معادلة الواط تساوي الفولت مضروبًا في الأمبير. إذا أردنا إيجاد إجابة لنظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية الموصول بالتوازي، نأخذ 1320 واط ونقسمها على 33.8 فولت، فنحصل على 39.08 أمبير. الآن، بعد أن أصبح لدينا 39.08 أمبير، كما توقعت، نضرب 9.77 أمبير من كل لوح في أربعة، لأن لدينا أربعة ألواح شمسية أحادية. إذن، 9.77 × أربعة يساوي 39.08 أمبير. لذا، الشيء الوحيد الذي يتغير عند توصيل نظام الطاقة الشمسية بالتوازي هو الأمبير. أي أنك تضاعف الأمبير أربع مرات.

المزايا والعيوب

حسنًا، بعد أن فهمنا كيفية التوصيل على التوالي والتوازي، ما عليك فعله هو تحديد مزايا وعيوب كل منهما. سنتناول هنا تحديد حجم الأسلاك، ومشاكل التظليل، وحجم وحدة التحكم في الشحن.

تحديد حجم الأسلاك

فيما يتعلق بحجم الأسلاك، إن لم تكن تعرفه بالفعل، فإن حجم السلك يرتبط ارتباطًا مباشرًا بكمية الأمبير التي تمر عبره. لذا، يُصنّف كل سلك لكمية محددة من الأمبير من التيار المتدفق عبره. فكلما قلّت كمية الأمبير، قلّ حجم السلك. تذكر أن ألواح الطاقة الشمسية أحادية الطاقة (1320 واط) الموصلة على التوالي كانت جهدها 135.2 فولت عند 9.77 أمبير، وجهدها على التوازي 33.8 فولت عند 39.08 أمبير. ستجد أن الأسلاك الموصلة على التوالي ستكون أصغر بكثير من تلك الموصلة على التوازي.

مشاكل التظليل

الآن عندما يتعلق الأمر بالتظليل، فهذه هي الميزة الرئيسية التي يكون فيها التوصيل بالتوازي ميزة رئيسية. تذكر عندما كنا نتحدث عن توصيل الألواح الشمسية على التوالي، فأنت تقوم بدمجها جميعًا معًا. لذا فهي وحدة واحدة. تعمل جميع ألواح الطاقة الشمسية الكهروضوئية معًا لإنتاج تلك الطاقة. إذا تم تظليل أحد ألواح الطاقة الشمسية أحادية البلورية، فإن الوحدة بأكملها تنخفض. وهذا له علاقة بحقيقة أن هذه هي طريقة عمل الألواح الشمسية. إذا كان لديك لوح شمسي أحادي البلورية واحد بقدرة 330 وات، وكان هذا اللوح الشمسي أحادي البلورية مظللًا، فإن هذا اللوح الشمسي يتوقف عن إنتاج الطاقة. والسبب الوحيد لتوقف نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية بأكمله عند توصيلك على التوالي هو أنك قمت بتوصيلها جميعًا معًا. لذا فإن كل واحد يعتمد على الآخر. والسبب هو أن الميزة عند توصيل وحدات الطاقة الشمسية على التوازي هي أن جميع وحدات الطاقة الشمسية أحادية البلورية هي وحدات فردية. إذا تم تظليل وحدة طاقة شمسية واحدة، فإنك تنخفض بنسبة 25% فقط من مصفوفة الطاقة الشمسية لديك. لا تزال وحدات الطاقة الشمسية الأحادية الثلاث المتبقية من أصل أربع وحدات قادرة على إنتاج الطاقة. اليوم، طبّقت بعض الشركات الرائدة (مثل جينكو سولار، ورايزين إنرجي، ولونجي سولار، وكانديان سولار، وجي إيه سولار، وكولينيرجي، وترينا) التوصيل المتوازي في وحداتها. وحدات الطاقة الشمسية الخلوية نصف المقطوعة.

حجم وحدة التحكم في الشحن

آخر ما نود الحديث عنه هو حجم وحدة التحكم بالشحن. حسنًا، عند التفكير في شدة التيار الصادرة من الألواح الشمسية، نجد أن التيارات الصادرة من الألواح الكهروضوئية الموصلة بالتوازي أكبر من تلك الموصلة على التوالي. لذا، فإن نظام الألواح الشمسية الموصل بالتوازي سيحتاج إلى وحدة تحكم شحن أكبر بكثير.

التكوين الهجين المتسلسل المتوازي

حسنًا يا رفاق، آمل ألا يكون هذا مُربكًا أو مُعقّدًا بعد الآن. ولكن هناك خيار ثالث يُمكنكم اتباعه عند توصيل ألواح الطاقة الشمسية الكهروضوئية. يُمكنكم توصيلها على التوالي والتوازي، أي إذا أخذنا لوحين شمسيين أحاديين بقوة 330 واط ولوحتين أخريين، وتوصيلهما معًا على التوالي، فسيكون لديكم ألواح شمسية أحادية بقوة 660 واط و67.6 فولت. لأننا نعلم أن التوصيل على التوالي يُضاعف الجهد. ثم ستأخذون كلا اللوحين الأحاديين بقوة 600 واط و67.6 فولت وتوصيلهما على التوازي. كما تعلمون، بالتوازي، سنضاعف الأمبير. لذا ستكون مواصفات هذا النظام 1320 واط عند 67.6 فولت و19.54 أمبير. هذا هو الخيار الثالث، وهو مزيج من عدة خيارات وهو الخيار الأفضل في معظم الحالات.

خاتمة

من الواضح أننا نستخدم هذا المثال التوضيحي كمثال لشرح هذه المفاهيم. بالطبع، يمكنك تغيير حجم محطات الطاقة الشمسية لديك، وعدد الألواح الكهروضوئية، وكل ذلك. لذا تذكر عندما قلنا إن الطاقة الشمسية لا حدود لها تقريبًا. هذا بالضبط ما نعنيه. إنه أمر مُربك للغاية. ولكن بمجرد فهمك لجميع المفاهيم، ستدرك كيف تتشابك الأمور وتبدأ في فهمها بشكل أوضح.

إذا لم تجد هذه المقالة مفهومة لك حاليًا، فنشجعك على البحث أكثر لتتمكن من العودة إليها واستيعاب ما نقوله فيها. على أي حال، نأمل أن تستمتع بهذه المقالة. إذا استمتعت بها وربما تعلمت شيئًا جديدًا منها، فنرجو منك الإعجاب بها أدناه. شكرًا لك!