الخلايا الشمسية: الكفاءة أم القدرة

إيه الفرق بين الخلية الشمسية واللوح الشمسي؟ وإيه هي كفاءة اللوح؟ وهل ممكن يكون لوحين نفس الكفاءة بس قدرات مختلفة؟ أو يكونوا نفس القدرة بس أحجامهم مختلفة؟ طب لو لوح جديد نزل بقدرة جديدة وعالية بس حجمه أكبر “شويه”، ده كويس ولا لأ؟

طيب بادئ ذي بدء، خلينا نبتدي من أول السطر بتعريف عدة مفاهيم أساسية عن الخلايا والألواح الشمسية. وبعدها نقدر نقارن ونوصل لنتيجة ونقدر نقرر لما نسمع إن فيه لوح جديد ٧٠٠ ولا ٨٠٠ وات طوله ٥ متر دي حاجه كويسه ولا لأ.

Cell vs. Panel الخلية واللوح

الخلية الشمسية هي الوحدة المكونة للألواح. يتم رصهم في مجموعات سواء علي التوازي أو التوالي لجمع قدراتهم للوصول للنتيجة المطلوبة وهي قدرة اللوح

كفاءة الخلية كفاءة اللوح الشمسي

تعرف الكفاءة لأي جهاز كهربي كموتور مثلا أو مولد أو مضخة مياه أو لوح شمسي كما في حالتنا هذا بأنها النسبة المئوية بين الطاقة الخارجة التي يمكن الإستفادة منها إلي الطاقة المستهلكة لنحصل عليها. مثلا، إذا كان لدينا محرك يستهلك ما قيمته 1 كيلووات لينتج 1 كيلووات فيعتبر نسبة التحويل أو الكفاءة هي 100%.. وإذا حصلنا من هذا المحرك علي 0.5 كيلووات فقط إذن يعتبر هذا المحرك يعمل بكفاءة 50%. أما في الألواح الشمسية، فتعتبر الكفاءة هي قدرة الخلية علي تحويل الضوء الساقط عليها بالكامل لطاقة كهربية، أو نصفه أو ربعه، وهكذا

من أكثر التجميعات شيوعاً هي اللوح ال٤٨ وال٦٠ وال٧٢ خلية. واحد يقولي ده كده الفروقات بينهم تقريباً ثابته، ١٢ خليه. نقوله صح، فعلياً اللوح بيكون ٦ خلايا بالعرض، و٨ – ١٠ – ١٢ بالطول، يعني ٤٨ و٦٠ و٧٢. إشمعني وإزاي؟ حنشرح تفاصيل أكتر عن طريقة عمل الألواح وحساب قدراتهم من الخلايا بالتفصيل في بوست منفصل.

خلال السنتين اللي فاتوا، فيه مقاسين من اللي قلنا عليهم نقدر نعتبرهم بقوا هم الأكثر شيوعا، وتقريبا أصبحوا الأساسيين عند المصنعين كلهم: ال٦٠ وال٧٢. ال٦٠ ده ٦×١٠، وال٧٢ ٦×١٢ خليه. مقاسهم كان تقريباً ثابت بين الماركات كلها، ١.٦٥م×١م للصغير، و٢م×١م للكبير. وزن تقريباً ١٨.٥كج للصغير، وحوالي ٢١.٥ للكبير. إفتكر الأرقام دي كويس علشان حنعوزها كمان شوية.

فيه حاجه إسمها الإشعاع الشمسي solar irradiation، وده مقاس للطاقة الشمسية ☀️الواقعة علي الأرض في اليوم أو الشهر أو السنة. يعني كام وات لكل متر مربع. يعني لو مثلاً قلنا إن الإشعاع في مكان معين 1000W/m²/y يعني كل متر مربع من الأرض في المكان ده بينزل عليه ١٠٠٠ وات (١ك.و.) كل سنة. وجدير بالذكر أن مصر بها نسبة من أعلي نسب الإشعاع الشمسي في العالم.

نرجع للألواح…

قدرة الألواح بتتقاس بالوات. ومساحتها بالمتر المربع. فلو إفترضنا إن عندنا لوح مساحته ١ متر مربع، ونازل عليه إشعاع ١٠٠٠ و/م² يبقي المفروض يطلع ١٠٠٠ وات. صح؟ ?

للأسف مش صح. ليه؟ لأن فيه حاجه إسمها قدرة المادة المكونة للخليه علي التوصيل، اللي هي السليكون في حالتنا دي. بدون الدخول في تفاصيل معقدة، لأن دي حاجه ليها علاقة وثيقة بهندسة المواد metallurgy وكمان عليهم فقد حراري وفقد كهربي thermal and electrical losses وحاجات تانيه، بتترجم كلها لرقم واحد إسمه الكفاءة أو الefficiency. الكفاءة دي بتتقاس بالنسبة المئوية. لو ١٠٠% يبقي اللوح اللي قلنا عليه اللي مساحته ١م² ونازل عليه إشعاع ١٠٠٠ و/م² حيطلعلي ١٠٠٠ وات. طب لو طلع ٥٠٠ وات؟ يبقي كفائته ٥٠%. سهلة يعني

ده لو مساحته ١م². طب لو أخدنا نفس المثل بس خلينا اللوح مساحته ٢ متر. يعني ضعف المساحة، والإشعاع زي ما هو ١٠٠٠ و/م² والقدرة لسه ٥٠٠ وات، يا تري كفائتة لسه ٥٠%؟ لأ طبعاً..لأن المفروض ضعف المساحه معناها ضعف قدرة اللوح في حالة إنه نفس الكفاءة، يعني المفروض يبقي 1000 مش 500، لو 500 بس مساحته الضعف تبقي كفائته نزلت ل25% علي طول.

واحد يقولي أنا تهت منك ومش فاهم حاجه، بس اللي اعرفه إن الكفاءة بالنسبة المئوية، إديني الداتاشيت أقراها، وطالما رقم ال% بتاع الكفاءة أعلي يبقي اكيد أكيد ده لوح أحسن واختاره وانا مغمض…ده نرد عليه نقوله إيييييه؟
نقوله براحه كده خلينا نحط الرغي اللي فوق ده في معادله سهله ممكن نفتكرها مع بعض…خلينا نألف معادله تلخص الكلام ده وتخلي حسبته سهله

حنعرف المصطلحات الآتية

P= Panel Power, n= Efficiency, A= Panel Area, I= Irridiation

:يعني ممكن نكتب الآتي، اللي هو ترجمة الكلام اللي فات

Power: P=I*A*n -> Efficiency: n=P/(I*A)

500=1000*1*50% : ده أول مثل
1000=1000*2*50%: ده تاني مثل

علشان ما أطولش أكتر من كده…ويقولوا طول…خلينا نمسك شوية أمثلة من أرض الواقع…علي ألواح مختلفه، حناخد 3 أمثلة، وكلها مقاسات مشهورة، البولي ال270 و275 و280، البولي ال330 وال345، المونو بيرك ال330، المونو بيرك ال370 وال400…

البولي ال 275 – 280 – 285

ليه إخترت دول، لأن دول مقاس مشهور جدا وقعد فترة كويسه وحتي لغاية دلوقتي بالنسبه للي بيدور علي السعر
تفاصيلهم المشتركة بين أغلب المصنعين:

1. مقاس 1.65*1=1.65 متر مربع
2. 60 خليه 6*10
خلينا نحسب الأرقام دي ونشوف كل لوح من دول الefficiency بتاعته كام

n=P/(I*A)
1. 275/(1000*1.65)=16.67%
2. 280/(1000*1.65)=16.96%
3. 285/(1000*1.65)=17.27%

البولي ال330 وال345

برضه مقاسات كانت مشهوره جدا، تفاصيلهم المشتركه بين أغلب المصنعين:
1. مقاس 1.99م*0.98م=1.97م2
2. 72 خليه 6*12
حساب الكفاءة حيكون كالتالي:

n=P/(I*A)
1. 330/(1000*1.97)=16.75%
2. 345/(1000*1.97)=17.51%

المونو بيرك ال330

ممكن يكون مقاس مش مشهور قوي، لأنه نزل في وقت غلط شويه، بس لازم نحطه هنا علشان الفكره توصل مع اللي
لسه مش مقتنع
1. مقاس 1.65م*1م=1.65م2
2. 60 خليه مونو بيرك

حساباته سهله:
n=P/(I*A)=330/(1000*1.65)=20%

المونو بيرك ال370 وال400

ليه إخترت دول؟ لأن ال370 ده أول مقاس في المونو بيرك، وإشتهر شهره غير عاديه، وهو اللي عمل ثورة المونو بيرك في مصر
أما ال400، فحاليا ده أكبر مقاس موجود ستاندرد في ال72 خليه بدون تغيير مقاسات (فاكرين لما قلنا اللعبه هي تغيير المقاس)
طيب، اللوحين دول 72 خليه، مقاسهم زي ال330 وال345 البولي، 1.97م2، مقاس إستاندرد
حسابهم حيكون كالآتي:

1. 370/(1000*1.97)=18.78%
2. 400/(1000*1.97)=20.30%

نعمل مقارنه بسيطه علي اللي فات، حنلاقي إن الخلايا البولي كفائتها في حدود ال16.75-17.5%، سواء بقي . 280 ولا 330، لاحظ الحسبه حتلاقيها قريبه. ده بالعكس بقي، لو قارنا بأمثله حنكتشف حاجات ظريفه جدا:

حنلاقي إن لوح ال280 الصغير كفائته أعلي من ال330 الكبير، وطبعا ال330 الصغير المونو بيرك نقله تانيه، وال400 المونو بيرك أعلي. هل يا تري كده إختيار ال280 البولي أحسن من ال330 البولي؟ ما هو كفائته أعلي..بس هل يا تري الكفاءة هنا هي كل حاجه؟ لأ..ليه؟ لأن هنا علشان أركب مثلا 20 كيلو، ححتاج من ال280 حوالي 72 لوح، ومن ال330 60 لوح، عندي 12 لوح فرق، المساحه الإجماليه في ال72 لوح تقريبا 119 متر مربع، وفي ال330 تقريبا 118 يعني نفس المساحه، بس هنا كسبت فرق وقت تركيب، كابات أقل (فاقد أقل) والأهم، شاسيهات أقل

طب نقارن ال330 البولي ده بال400 المونو بيرك، فرق كفاءة 3.55%، رقم كبير، حيفرق معايا في نفس المثال – ال20 كيلو؟ عدد الألواح المطلوب في ال400 حيقل ل50 لوح، بمساحه إجماليه حوالي 98 متر مربع، يعني وفرت شاسيهات تاني وكابلات ووقت عن ال330 اللي هو نفس الحجم!!!

أمال إيه اللي يعتبر طفره هنا؟ المونو بيرك ال330؟ لوح حجمه صغير قد ال280، بس مطلع قد الكبير ال330 ، لو حطينا ال20 كيلو، نعوز 60 لوح بمساحه إجمالية 100 متر مربع – نفس ال400، بس عدد ألواح أكتر، يعني شاسيه أكبر وتوصيلات أكتر، يبقي كده مش أحسن إختيار…ده إسمه كده مش بنبص علي الكفاءة بس ولا القدرة بس، لازم نحسب ده وده

نستنج من الكلام ده إيه؟ إن رقم الكفاءة مهم كتطور تكنولوجي، بس مش هو الحاجه الوحيده اللي بنبني عليها إختيارنا، برضه مش صح إننا نختار اللوح فقط بناءا علي قدرته، والأهم من كده، إن لما يكون اللوح المونو بيرك الكبير اللي سعره أعلي من اللوح البولي الصغير، مش معني كده إن تكلفتي النهائية حتكون أقل، بالعكس دي ممكن فعليا تبقي أعلي بسبب الحاجات التانيه اللي قلناها

طيب النقطه التانيه، حاليا المصنعين بيتجهوا لمقاسات جديده، أكبر شويه علشان إبتدينا نشوف ألواح 78 خليه بقدرات أعلي، بس مقاسها أكبر، مساحتها حوالي 2.2 متر مربع…ده كويس ولا وحش؟ طيب نقارن بنفس المثل – ال20 كيلو:

لو قلنا إنه 475 وات، ومقاسه تقريبا 2.20 زي ما قلنا، يعني حنعوز 42 لوح تقريبا، ومساحه حوالي 92 متر..حلو ولا وحش؟ حيبقي حلو في حاله واحده، لو فرق سعره الحالي مش أعلي من فرق اللي حنوفره من عدد الألواح الأقل…حتي ذلك الحين، حنفضل علي أفضل حسبه طالعالنا، إلا في حالات إستثنائية تكون المساحه المتوفرة فعلا صغيرة ومحتاج كل وات زيادة، ودي مش بتتكرر كتير

تطور التكنولوجيا مش بيقف، القطر ساب المحطة وماشي في سكته، ولو إحنا دلوقتي بنكتب الكلام ده في شهر 7 2020، ممكن نعدله السنه الجايه لمقارنه بين اللوح الصغير الكيلو، واللوح الكبير الكيلو نص…دايما نفتكر الكمبيوتر اللي كنت بستعمله في أوتوكاد في الجامعه كان 16 ميجابايت رام وكان إنجاز مش طبيعي، إنهارده الموبايل المتوسط بقي 6 جيجا رام…

طولت عليكم، أتمني أن أكون ألقيت الضوء، ولو قليلا علي مصطلح من المصطلحات الأكثر لغطا في عالم الألواح الشمسية
م. جوزيف ماهر
القاهرة-7\2020