طريقة توصيل الالواح الشمسية

طريقة توصيل الالواح الشمسية تكون إما بـ:

1. التوالي
2. التوازي

في هذا المقال, سنذكر طرائق التوصيل وفائدة ومشاكل كل طريقة مع الحلول.

بالأصل يتم توصيل على التوالي للحصول على جهد كهربائي أعلى لكن هناك قوانين سلامة لكل دولة تضع حد أعلى للجهد الكهربائي الناتج ولا يجوز التجاوز عنه بجهد أكبر. وتعتمد طريقة التوصيل على التطبيقات المراد ربطها بالمنظومة الشمسية. حيث أن القدرة الناتجة بالواط من توصيل لوحين مثلا على التوالي هي نفسها القدرة الناتجة بالواط عند توصيل نفس اللوحين السابقين على التوازي ولكن يختلف الجهد الناتج وأيضا التيار.

لكل طريقة توصيل مشاكل وستتم ذكرها بالمقال مع حلولها.

سيتم اعتبار اللوح كأنه خلية شمسية واحدة كبيرة حتى يسهل الشرح.

توصيل الالواح الشمسية على التوالي

إذا كان لدينا لوحان شمسيان وكانت الخلية الشمسية الواحدة تنتج نصف فولت وكل لوح فيه 72 خلية فبالتالي سيكون الجهد الكهربائي الناتج من توصيل اللوحين على التوالي يساوي (0.5 × 72) + (0.5 × 72) = 72 فولت.

نلاحظ مما سبق أن الجهد الكهربائي في حالة التوالي يجمع جبريا.

مشكلة توصيل الالواح الشمسية على التوالي هي التظليل والتي قد تسبب تلف الخلية المظللة.

في حالة التظليل الموضعي على الخلية الشمسية بسبب الغبار مثلا (وجود غبار على خلية شمسية يعني وجود ظل عليها وبالتالي إشعاعية أقل ساقطة عليها أو فوتونات ممتصة أقل وبالتالي عدد أقل من أزواج الالكترونات والفجوات المتولدة وهذا يعني تيار أقل وبالتالي القدرة الناتجة أقل).

ولكن في الدارات الكهربائية العناصر التي تُوصَّل على التوالي, العنصر ذو التيار الاقل هو الذي يحدد التيار الكلي وأيضا يجب أن يمر التيار نفسه في تلك العناصر لذلك يجب أن تكون الخلايا الشمسية تنتج تيارات متكافئة.

لمّا ينخفض تيار أي خلية بالتظليل ينشأ جهد عكسي (أي عكس اتجاه مرور التيار في الخلية) وهذا الجهد قد يتلف الخلية.

حل مشكلة توصيل الالواح الشمسية على التوالي هي توصيل دايودات الامرار الجزئي bypass diodes على التوازي بعكس اتجاه الخلية الشمسية إلى الخلايا الشمسية. حيث إنه عندما ينخفض تيار أي خلية بالتظليل ينشأ جهد عكسي إلى أن يفوق هذا الجهد العكسي جهد الاختراق لدايود الامرار الجزئي وبالتالي يمر جزء من التيار الكلي عبر دايود الامرار الجزئي وباقي التيار يكمل مسيره عبر الخلية.

لاحظ الصورة التالية: المضلع الخماسي هو الظل على الخلية.

في المنظومات الحديثة, يتم دمج دايودات الامرار الجزئي في الإطار أو في صندوق طرفي صغير.

طريقة توصيل الالواح الشمسية على التوازي

كما ذكرنا تقريبا في بداية المقال أنه للحصول على قدرة أعلى دون تجاوز حد الجهد الكهربائي المسموح به – ضمن قوانين السلامة في دولة ما – يتم توصيل الالواح الشمسية على التوازي.

المشكلة أنه في حالة عطب مثل انخفاض الجهد الكهربائي في أي سلسلة من سلاسل المنظومات الفولتضوئية (بسبب ارتفاع درجة الحرارة حيث أن ارتفاع درجة الحرارة يقلل من الجهد الناتج من اللوح وبالتالي تقل القدرة الناتجة – الانتاج يعتمد على الضوء وامتصاص الفوتونات وارتفاع درجة الحرارة يقلل ذلك) فإن بقية السلاسل تحاول تغذية السلسة المعطوبة وقد تتلفها.

حل هذه المشكلة يكون بتوصيل سلسلة من الدايودات على التوالي إلى كل سلسة من الخلايا لتجنب أو لصد التيارات العكسية وإذا انخفض الجهد في أي سلسة تقوم الدايودات بصد التيارات العكسية في السلسلة المعطوبة – الدايود يسمح بمرور التيار باتجاه واحد – وتقوم السلاسل الأخرى بإيصال التيار إلى الحمل المطلوب.

من مساوئ هذا الحل هو الفقد الدائم للجهد حيث أن سلاسل الدايودات تقلل الجهد الناتج بسبب دائم ويوجد حل أفضل وهو استخدام دايوات جرمانيوم بدلا من السليكون لتقليل الفقد في الجهد.

وهناك حل آخر وهو استخدام إجهزة احساس للمجال المغناطيسي للكشف عن التيارات العكسية وتنشيط مفتاح فصل التيار.

لاحظ الشكل التالي:

هذه نهاية مقالنا حول طريقة توصيل الالواح الشمسية . في مقال قادم إن شاء الله سنتحدث عن كيفية تركيب الالواح الشمسية وكيفية تنصيبها وتثبيتها.

المراجع:

solar electric power generation, Stefan, C.W