الألواح الشمسيةاستيعابضوء الشمسكمصدر للطاقة لتوليدكهرباءأوالحرارة.

االضوئية(الكهروضوئية) وحدة هو تجميع وتعبئتها التجمع من الضوئية عادة 6X10الخلايا الشمسية. وحدات الطاقة الضوئية تشكل مجموعة من الخلايا الضوئيةنظام الضوئيةيولد وتزويدالكهرباء بالطاقة الشمسيةفي التطبيقات التجارية والسكنية. يتم تقييم كل وحدة من خلالDCطاقة الإخراج في ظل ظروف الاختبار القياسية (STC) ، وعادةً ما تتراوح من 100 إلى 365واتس (W). النجاعةمن وحدة نمطية يحدد مساحة وحدة نمطية نظرا لنفس الإخراج المقدر - وحدة كفاءة 8 ٪ 230 W سيكون لها ضعف مساحة وحدة 230 واط فعالة بنسبة 16 ٪. هناك عدد قليل من الوحدات الشمسية المتاحة تجاريا والتي تتجاوز كفاءة 22 ٪^[1]وبحسب ما ورد يتجاوز أيضا 24 ٪.^[2][3]يمكن لوحدة شمسية واحدة أن تنتج كمية محدودة من الطاقة فقط ؛ معظم المنشآت تحتوي على وحدات متعددة. يتضمن النظام الكهروضوئي نموذجًا لمجموعة من الوحدات الكهروضوئيةالعاكس، اعلبة بطارياتللتخزين ، وأسلاك التوصيل البيني ، واختيارياتتبع الطاقة الشمسيةآلية.

التطبيق الأكثر شيوعا من الألواح الشمسية هوتسخين المياه بالطاقة الشمسيةالأنظمة.

النظرية والبناء

وحدات الطاقة الضوئية تستخدم الطاقة الضوئية (الفوتوناتمن الشمس لتوليد الكهرباء من خلالتأثير الضوئية. غالبية الوحدات تستخدمرقاقة-على أساسالسيليكون البلوريخلايا أوخلايا رقيقة. الهيكلية (حمل ثقيليمكن أن يكون عضو الوحدة النمطية إما الطبقة العليا أو الطبقة الخلفية. يجب أيضًا حماية الخلايا من التلف الميكانيكي والرطوبة. تكون معظم الوحدات جامدة ، ولكن تلك الوحدات شبه المرنة متوفرة ، بناء على خلايا الأغشية الرقيقة. يجب أن تكون الخلايا متصلة كهربائيا في سلسلة ، واحد إلى آخر. خارجيا ، تستخدم معظم وحدات الضوئيةموصلات MC4نوع لتسهيل توصيلات مانعة لتسرب الهواء لبقية النظام.

يتم إجراء الاتصالات الكهربائية وحداتفي سلسلةلتحقيق جهد الإخراج المطلوب و / أوبالتوازيلتوفير القدرة الحالية المرغوبة. قد تحتوي الأسلاك الموصلة التي تأخذ التيار من الوحدات على فلزات نحاس فضية أو نحاسية أو غير مغناطيسية أخرى. الالتفافيةالثنائياتقد يتم دمجها أو استخدامها خارجيًا ، في حالة تظليل الوحدة جزئيًا ، لزيادة إخراج مقاطع الوحدة النمطية التي لا تزال مضاءة.

بعض الوحدات الشمسية الكهروضوئية الخاصة تشملمركزاتحيث يتم تركيز الضوء عليهاالعدساتأو المرايا على خلايا أصغر. هذا يتيح استخدام الخلايا مع تكلفة عالية لكل وحدة المساحة (مثلمركب الزرنيخ) بطريقة فعالة من حيث التكلفة.

اعتمادا على البناء ، يمكن أن الوحدات الكهروضوئية تنتج الكهرباء من مجموعة منترددات الضوء، ولكن عادة لا يمكن أن تغطي مجموعة الطاقة الشمسية بالكامل (على وجه التحديد ،فوق بنفسجي،الأشعة تحت الحمراءوالضوء المنخفض أو المنتشر). وبالتالي ، فإن الكثير من الحادثضوء الشمستضيع الطاقة بواسطة وحدات الطاقة الشمسية ، ويمكن أن تعطي كفاءات أعلى بكثير إذا أضاءت معأحادي اللونضوء. لذلك ، هناك مفهوم آخر للتصميم هو تقسيم الضوء إلى نطاقات طول موجة مختلفة وتوجيه الحزم إلى خلايا مختلفة مضبوطة لتلك النطاقات.^{[بحاجة لمصدر]}وقد تم توقع أن يكون ذلك قادراً على رفع الكفاءة بنسبة 50٪. العلماء من Spectrolab ، وهي شركة تابعة لبوينغ، وقد أبلغ عن تطورالخلايا الشمسية متعددة الوصلاتمع كفاءة أكثر من 40 ٪ ، وهو رقم قياسي عالمي جديد للخلايا الشمسية الكهروضوئية.^[6]ويتنبأ علماء Spectrolab أيضًا بأن الخلايا الشمسية المركزة يمكن أن تحقق كفاءات تزيد عن 45٪ أو حتى 50٪ في المستقبل ، مع كفاءة نظرية تكون حوالي 58٪ في الخلايا مع أكثر من ثلاثة وصلات.

حاليا أفضل معدل للتحول من أشعة الشمس (كفاءة وحدة الطاقة الشمسية) هو حوالي 21.5 ٪ في المنتجات التجارية الجديدة^[7]عادة أقل من كفاءات خلاياهم في عزلة. وحدات الطاقة الشمسية الأكثر إنتاجا بكفاءة^{[المتنازع عليها -مناقشة]}لديها قيم كثافة الطاقة تصل إلى 175 واط / م²(16.22 واط / قدم²).^[8]البحث عن طريقجامعة لندن الامبرياليهوقد أظهرت أنه يمكن تحسين كفاءة الألواح الشمسية عن طريق ترصيع سطح أشباه الموصلات التي تستقبل الضوءالألومنيومnanocylinders مماثلة للالتلالعلىكتل ليغو. المبعثر ضوءثم تنتقل عبر مسار أطول في أشباه الموصلات مما يعني أنه يمكن استيعاب المزيد من الفوتونات وتحويلها إلى تيار. على الرغم من استخدام هذه النانوسيترات في السابق (كان الألمنيوم مسبوقًا بهاذهبوفضة) ، وقع تشتت الضوء في منطقة الأشعة تحت الحمراء القريبة وتم امتصاص الضوء المرئي بقوة. تم العثور على الألومنيوم لامتصاص الجزء فوق البنفسجي من الطيف ، في حين تم العثور على أجزاء مرئية والأشعة تحت الحمراء القريبة من الطيف لتكون مبعثرة من سطح الألومنيوم. هذا ، كما يجادل البحث ، يمكن أن يخفض التكلفة بشكل كبير ويحسن الكفاءة حيث أن الألومنيوم أكثر وفرة وأقل تكلفة من الذهب والفضة. كما أشار البحث إلى أن الزيادة في التيار تجعل الألواح الشمسية الرقيقة ممكنة تقنيا من الناحية الفنية دون "المساس بكفاءة تحويل الطاقة ، وبالتالي تقليل استهلاك المواد".

يتم حاليًا إنتاج معظم الوحدات الشمسية من السيليكون البلّوري (سي سي)الخلايا الشمسيةمصنوع منmulticrystallineوالسيليكون أحادي البلورية. في عام 2013 ، مثلت السيلكون البلوري أكثر من 90 في المائة من الإنتاج الكهروضوئي على مستوى العالم ، في حين أن بقية السوق الكلية تتكون منتقنيات الأغشية الرقيقةاستخدامالكادميوم تيلورايد،CIGSوالسيليكون غير المتبلور^[11]المستجدة،الجيل الثالثتستخدم تقنيات الطاقة الشمسية خلايا رقيقة متقدمة. فهي تنتج تحويلًا عالي الكفاءة نسبياً للتكلفة المنخفضة مقارنة بتكنولوجيات الطاقة الشمسية الأخرى. أيضا ، عالية التكلفة ، عالية الكفاءة ، ومستطيلة بالقرب من معبأةخلايا متعددة الوصلات (MJ)يفضل أن تستخدم فيالألواح الشمسية على المركبة الفضائيةلأنها تقدم أعلى نسبة من الطاقة المولدة لكل كيلوغرام ترفع إلى الفضاء. خلايا MJ هيمجمع أشباه الموصلاتوصنع منمركب الزرنيخ(GaAs) ومواد أشباه الموصلات الأخرى. آخر التكنولوجيا الكهروضوئية الناشئة باستخدام خلايا MJ هوالخلايا الكهروضوئية المركزة(CPV).