البوليمر والخلايا الشمسية

[الشمعه]

لو سمحتو اريد مواضيع باللغة العربية عن البوليمر والخلايا الشمسية ,؟؟؟

[NADER]

إن الخلايا الشمسية هي عبارة عن محولات فولتضوئية تقوم بتحويل ضوء الشمس المباشر إلي كهرباء ، وهي نبائظ شبه موصلة وحساسة ضوئياً ومحاطة بغلاف أمامي وخلفي موصل للكهرباء .
لــقد تم إنــماء تقنيات كثيرة لإنـتــاج الخلايـا الشمسيـــة عبر عــــمــليات متسلسلة من المعالجات الكيميائية والفيزيائية والكهربــائيـــة عـــلى شكــل متكاثف ذاتي الآليــــة أو عالي الآلية ، كمـــا تـم إنماء مــــواد مختلفـــة من أشبــاه الموصلات لتصنيع الخلايـــا الشمسية على هيئة عناصر كعنصر السيليكون أو على هيئة مركبات كمركب الجاليوم زرنيخ وكربيد الكادميوم وفوسفيد الأنديوم وكبريتيد النحاس وغيرها من المواد الواعدة لصناعة الفولتضوئيات .
ميكانيكية تيار الخلايا الشمسية :
الخلية الشمسية للتطبيقات الأرضية هي رقاقة رفيعة من السيليكون مشابة بمقادير صغيرة من الشوائب لإعطاء جانب واحد شحنة موجبة والجانب الآخر شحنة سالبة مكونة ثنائياً ذا مساحة كبيرة .
تولد الخلايا الشمسية قدرة كهربائية عندما تتعرض لضوء الشمس حيث الضوئيات ( الفوتونات ) والتي يحمل كل منها كماً طاقوياً محدداً يكسب الإلكترونات الحرة طاقة تجعلها تهتز حرارياً وتكسر الرابط الذري بالشبكة بالمادة الشبه موصلة ويتم تحرير الشحنات وإنتاج أزواج من الإلكترون في الفراغ . تنطلق بعد ذلك حاملات الشحنة هذه متجهة نحو وصلة الثنائي متنقلة بين نطاقي التوصيل والتكافؤ عبر الفجوة الطاقوية وتتجمع عند السطح الأمامي والخلفي للخلية محدثة سريان تيار كهربي مستمر عند توصيل الخلية بمحمل كهربي وتبلغ القدرة الكهربية المنتجة للخلية الشمسية عادة واحد وات.
أنواع الخلايا الشمسية التجارية :
تم تصنيع خلايا شمسية من مواد مختلفة إلا أن أغلب هذه المواد نادرة الوجود بالطبيعة أولها خواص سامة ملوثة للبيئة أو معقدة التصنيع وباهظة التكاليف وبعضها لا يزال تحت الدراسة والبحث وعليه فقد تركز الاهتمام على تصنيع الخلايا الشمسية السيليكونية وذلك لتوفير عنصر السيليكون في الطبيعة علاوة على أن العلماء والباحثين تمكنوا من دراسة هذا العنصر دراسة مستفيضة وتعرفوا على خواصه المختلفة وملاءمته لصناعة الخلايا الشمسية المتبلرة ومتصدعة التبلر .
1- الخلايا الشمسية السيليكونية المتبلرة :
تصنع هذه الخلايا من السيليكون عبر إنماء قضبان من السيليكون أحادي أو عديد التبلر ثم يؤرب إلي رقائق و تعالج كيميائياً وفيزيائياً عبر مراحل مختلفة لتصل إلي خلايا شمسية .
كفاءة هذه الخلايا عالية تتراوح بين 9 – 17 % والخلايا السيليكونية أحادية التبلر غالية الثمن حيث صعوبة التقنية واستهلاك الطاقة بينما الخلايا السيليكونية عديدة التبلر تعتبر أقل تكلفة من أحادية التبلر وأقل كفاءة أيضاً .
2- الخلايا الشمسية السيليكونية الأمورفية ( متصدعة التبلر ) :
مادة هذه الخلايا ذات شكل سيليكوني حيث التكوين البلوري متصدع لوجود عنصر الهيدروجين أو عناصر أخرى أدخلت قصداً لتكسبها خواص كهربية مميزة وخلايا السيليكون الأمورفي زهيدة التكلفة عن خلايا السيليكون البلوري حيث ترسب طبقة شريطية رقيقة باستعمال كميات صغيرة من المواد الخام المستخدمة في عمليات قليلة مقارنة بعمليات التصنيع البلوري . ويعتبر تصنيع خلايا السيليكون الامورفي أكثر تطويعاً وملاءمة للتصنيع المستمر ذاتي الآلية .
تتراوح كفاءة خلايا هذه المادة ما بين 4 – 9 % بالنسبة للمساحة السطحية الكبيرة وتزيد عن ذلك بقليل بالنسبة للمساحة السطحية الصغيرة وإن كان يتأثر استقرارها بالإشعاع الشمسي .

[NADER]

السيليكون في الخلايا الشمسية:

إن الخلية الشمسية فيها سيليكون مع الشوائب إختلط معها ذرات أخرى وذلك يغير عمل الأشياء فيها قليلاً ونحن نعتبر الشوائب عادة كشيء مكروه ولكن في هذه الحالة لن تعمل بدون هذه الشوائب وفي الحقيقة توضع هذه الشوائب عمداً.

سنعتبر بأننا مزجنا ذرة السيليكون مع الفوسفور ربما ذرة فوسفور واحدة لكل مليون ذرة سيليكون, الفوسفور لديه خمسة إلكترونات في الطبقة الخارجية وليس أربعة وهو يلتصق بذرات جاره السيليكون ولكن الفوسفور إلكتروناً واحداً ليس لديه أحد يمسك بيده وهو لا يشكل جزء من الرابطة ولكن هناك بروتون إيجابي في النواة الفوسفورية التي تبقي الذرة في محلها.

عندما تضاف الطاقة إلى السيليكون الصافي مثلاً عند تشكيل الحرارة ستتسبب بإفلات بضعة إلكترونات من روابطهم وبترك ذراتهم وفي كلتا الحالتين تقوم الإلكترونات بترك فجوات ورائها وبالتالي تتجول الإلكترونات بشكل عشوائي حول الشبكة باحثة عن فتحة أخرى لتهبط فيها وتدعى هذه الإلكترونات بالناقلات الحرة وتستطيع أن تحمل تياراً كهربائياً وهناك البعض منهم في السيليكون الصافي ولكنهم على أي حال ليسوا مفيدون جداً ولكن السيليكون الملوث الذي مزج معه ذرات فوسفور فهو قصة مختلفة, وإن إلكترونات الفوسفور الحرة الإضافية لم تربط برابطة لأن الإلكترونات التي تجاورها لم ترصها وكنتيجة لذلك فإن أغلب هذه الإلكترونات تفلت ونحن لدينا الكثير من النواقل الحرة أكثر من التي نريدها في السيليكون الصافي.

إن عملية إضافة الشوائب عمداً تسمى التخدير وعند التخدير مع الفوسفور فإن السيليكون الناتج يسمى (N-Type) N = Negative سلبي بسبب إنتشار الإلكترونات الحرة, وإن السيليكون المخدرالسلبي (N-Type) ناقل افضل بكثير من من السيليكون الصافي وفي الحقيقة الجزء السلبي الوحيد(N-Type) من الخلية الشمسية وخدرت الأجزاء الأخرى بالبورون التي لديها ثلاثة إلكترونات سيليكون فقط في الطبقة الخارجية بدلاً من أربعة لتصبح (P-Type) P = Positive إيجابي وبدلاً من أن يكون لديه إلكترونات حرة فإن لديه فراغات حرة وهي فراغات خالية من الإلكترونات لذلك فهي تحمل الشحنة النقيضة (الإيجابية) وهم يتحركون هنا وهناك مثلما تفعل الإلكترونات, لذا إلى أين أوصلنا كل هذا؟

السيليكون السلبي(N-Type) + الإيجابي(P-Type):

يبدأ الجزء المثير عندما تقوم بوضع السيليكون ذو الشحنة السلبية N-Type) ) مع السيليكون ذو الشحنة الإيجابية (P-Type) وتذكر بأن كل خلية (PV) تحتوي على الأقل حقل كهربائي واحد وبدون الحقل الكهربائي فإن الخلية لن تعمل ويتشكل هذا الحقل عندما يتصل السيليكون ذو الشحنة السلبية مع السيليكون ذو الشحنة الإيجابية.

إن الإلكترونات الحرة في الجهة السلبية تبحث عن فجوات لكي تهبط فيها وعندما ترى الفجوات في الجهة الإيجابية تسع لكي تهبط فيها, كان السيليكون قبل ذلك محايد كهربائياً والإلكترونات الزائدة توازنت مع البروتونات في الفوسفور والإلكترونات المفقودة (الفجوات) التي تتوازن مع البروتونات المفقودة في البورون, وعندما تختلط الفجوات مع الإلكتونات في إتصال الشحنات السالبة مع الشحنات الموجبة في السيليكون فإن الحياد يعطل, إذاً هل ملأت كل الإلكترونات الحرة كل الفجوات الفارغة؟؟؟ لا. ولكن إذا فعلت ذلك فإن كل الترتيب القائم في الإتصال لن يكون مفيداً, على أي حال فهي تختلط وتشكل حاجزاً وتجعل مرور الإلكترونات من الجانب السلبي إلى الجانب الإيجابي صعباً جداً وفي آخر الأمر فإن التوازن سيصل وسيصبح لدينا حقل كهربائي يفصل الجانبين.


إن الحقل الكهربائي يتصرف مثل الدايود سامحاً (أوحتى دافعاً) للإلكترونات بالتدفق من الجهة الإيجابية إلى الجهة السلبية وليس إلى الجهة الأخرى وهذه العملية مثل التلة حيث تستطيع الإلكترونات أن تذهب لآخر التلة (إلى الجهة السلبية) ولكنها لا تستطيع التسلق إلى التلة (إلى الجهة الإيجابية) لذلك أصبح لدينا حقل كهربائي يتصرف مثل الدايود حيث تستطيع الإلكترونات التحرك بإتجاه واحد فقط.
والآن دعونا نرى ماذا يحدث عندما يضرب الضوء الخلية.

عندما يضرب الضوء الخلية:

عندما يضرب ضوء على شكل فوتونات الخلية تقوم طاقته بتحرير أزواج من الفجوات الإلكترونية و سيقوم كل فوتون مع طاقته الكافية بشكل طبيعي بتحرير إلكترون واحدة بالضبط والذي سيؤدي إلى إقامة فجوات أيضاً وإذا حدث هذا بالقرب الكافي من حقل الإلكترونات أو إذا حدث أن تجولت الإلكترونات الحرة والفتحات الفارغة باتجاه مدار تأثيرها سيقوم الحقل بإرسال الإلكترون إلى الجهة السلبية والفتحات إلى الجهة الإيجابية وسيتسبب ذلك أيضاً بتمزيق الحياد الكهربائي, وإذا قمنا بتزويد طريق تدفق خارجي ستتدفق الإلكترونات من خلال الطريق إلى جهتها الأصلية (الجهة الإيجابية) لتتخذ الفجوات التي قام بإرسالها الحقل الكهربائي إلى هناك لتقوم بعملها على طول الطريق.

إن تدفق الإلكترونات يزودنا بتيار الحقل الكهربائي للخلية ويتسبب بالجهد الكهربائي (الفلطية) وبالنتيجة نحصل على الطاقة التي انتجت من كلا التيار والجهد الكهربائي
(الفلطية).


ماهو قدر طاقة ضوء الشمس التي تمتصها خليةالـ(pv)؟
لسوء الحظ إن أكبر كمية تستطيع الخلية إمتصاصها هي حوالي 25% وعلى الأرجح 15% أو أقل . لماذا هذا القدر القليل؟

فقدان الطاقة


لماذا لا تمتص الخلية أكثر15% من طاقة ضوء الشمس ؟

إن الضوء المرئي هو فقط جزء من المجال الكهرومغناطيسي وإن الطيف الكهرومغناطيسي ليس أحادي اللون إنما يتكون يتكون من أطوال موجية مختلفة ولذلك فإن الطاقة تكون على مستويات فتقوم النسبية الخاصة بعمل دراسة جيدة للطيف الكهرومغناطيسي ويمكن أن يجزء الضوء إلى أطوال موحبة مختلفة ونستطيع أن نراهم على شكل قوس قزح طالما أن الضوء الذي يضرب الخلية لديه مدى واسع من طاقة الفوتونات ويظهر بأن البعض منهم ليس لديهم طاقة كافية لتشكيل فتحات إلكترونية مزدوجة وسيعبرون ببساطة عبر الخلية كأنهم شفافون ولكن لازالت الفوتونات المتبقية لديها الكثير من الطاقة فقط كمية معينة من الطاقة قيست في فولطات الإلكترونات (ev) وحددت بمادة الخلية بحوالي (1.1 فولط إلكتروني Ev-- للسيليكون البللوري) تتطلب لخسارة الإلكترونات وإننا ندعو هذا ربط فجوة طاقة المادة, إذا كان لدى الفوتونات طاقة أكثر من الكمية المطلوبة فإن الطاقة الزائدة ستفقد( مالم يكون يكون لدى الفوتونات طاقة ضعف الكمية المطلوبة ويمكن أن يحدث أكثر من زوج واحد من فتحة الإلكترون ولكن تأثيرها لن يكون بهذه الأهمية) وهذين التأثيرين يقومان بتفسير خسارة حوالي 70% من طاقة الإشعاع الذي يحدث في الخلية, لماذا لا نستطيع أن نختار مادة ذات ربط فجوة منخفض وبذلك نستطيع إستخدام أكثر من فوتون؟

ولكن لسوء الحظ إن ربط الفجوة يحدد قوة الجهد الكهربائي للحقل المغنطيسي وإذا كانت منخفضة جداً ماذا سنختلق عندها مع تيار زائد (بإمتصاص فوتونات أكثر) وسنفقد التيار بإمتلاك جهد كهربائي قليل وإن الجهد الكهربائي (القوة الفولطية) تؤقت تياراً, إن ربط الفجوة المثالي يوازن هذان التأثيران بحوالي (1.4 Ev) لخلية صنعت من مادة وحيدة ولدينا أيضاً خسائر أخرى يجب على الإلكترونات أن تتدفق من جهة واحدة إلى جهة أخرى في الخلية من خلال دائرة خارجية, نستطيع تغطية القاع بالمعدن لكي نسمح بالإتصال الجيد ولكن إذا غطينا القمة بالكامل عندها لن تستطيع الفوتونات العبور بالموصل المعتم وعندها نخسر كل التيار (في بعض الخلايا تستخدم الموصلات الشفافة على السقف العلوي وليس على الخلية كلها)

إذا وضعنا الموصلات فقط على جوانب الخلية عندها يجب على الإلكترونات أن تجتاز مسافة طويلة جداً حتى تصل إلى الموصلات وتذكر بأن السيليكون شبه موصل وهو ليس ناقل جيد للتيار كالمعدن ومقاومته الداخلية(سلسلة المقاومة) عالية جداً والمقاومة العالية تعني خسائر عالية ولتقليل الخسائر غطيت الخلية بشبكة إتصال معدنية التي تقوم بتقصير المسافة التي تجتازها الإلكترونات عندما تغطي جزء بسيط من سطح الخلية ورغم ذلك فإن بعض الفوتونات مسدودة بالشبكة التي لايمكن أن تكون صغيرة جداً وإلا ستكون مقاومتها الخاصة عالية جداً.

إنهاء الخلية


إن هنالك بعض الخطوات قبل إستخدام الخلية, إن السيليكون مادة مشعة جداً وهذا يعني بأنها عا**ة جداً والفوتونات العا**ة لا يمكن إستخدامها في الخلية لذلك استعمل في قمة الخلية طلاء غير عا** لتحويل خسائر الإنعكاس لأقل من 5 % , أما الخطوط الاخيرة فهي صفيحة غطائية زجاجية تقوم بحماية الخلية من العناصر.

إن وحدات الـ(pv) مكونة من خلايا موصلة (36 خلية عادة) بسلاسل متوازية للوصول إلى مستويات جيدة من الجهد الكهربائي (الفولطية) والتيار, ووضعوا في إطار متين يكتمل مع الغطاء الزجاجي والأطراف الموجبة والسالبة في الخلف.

إن مادة السيليكون المفردة ليست المادة الوحيدة التي تستخدم في خلايا الـ(pv) يستخدم السيليكون متعدد البللورات أيضاً في محاولة قطع خسائر الصناعة وبالرغم من أن نتائج الخلايا ليست فعالة كالسيليكون الكريستالي المفرد,
إن السيليكون الغير متبلور الذي ليس لديه تركيب بللوري يستخدم أيضاً في محاولة تخفيض تكاليف الإنتاج, استخدمت مواد أخرى مثل زرنيخد الغاليوم وانديوم نحاسي وتلوريد الغاليوم وبما أنها مواد لديها ربط فجوات مختلفة فإن التوافق سيتشكل بأطوال موجبة مختلفة أو ستكون الفوتونات ذات قوى مختلفة, وقد طورت طريقة واحدة فعالة لإستخدام طبقتين أو أكثر من المواد المختلفة مع فجوات ذات ربط مختلف, إن المادة ذات أعلى ربط فجوة تكون على السطح وتمتص فوتونات غنية بالطاقة بينما تسمح للفوتونات ذات الطاقة الأقل لأن تمتص من قبل المادة أقل قدرة على ربط الفجوة التي تقع في الأسفل وتسمى مثل هذه الخلايا بالخلايا متعددة الإتصالات ويمكن أن يكون لديها أكثر من حقل كهربائي

تزويد المنزل بالطاقة


لدينا الآن وحدة الـ(pv) فماذا يمكن أن نفعل بها؟

ماذا يجب عليك أن تفعل لتزويد منزلك بالطاقة عن طريق الطاقة الشمسية؟

على الرغم من أنها ليست ببساطة وضع وحدات فوق السطح ولكنها ليست بهذه الصعوبة أيضاً.
أولاً ليس كل سطح لديه الجهة الصحيحة أو زاوية إنحناء للإستفادة من طاقة الشمس, يجب أن توجه أنظمة (pv) غير تتبعية في نصف الكرة الأرضية الشمالي إلى الناحية الجنوبية الصحيحة ويجب أن يمالوا إلى زاوية تتساوى مع خط عرض المنطقة لتمتص الكمية القصوى من الطاقة طوال العام, إن التوجيه المختلف أو المعدل المختلف يمكن أن يستخدموا إذا أردت أن تزيد من إنتاج الطاقة في الصباح أو في العصر أو في الصيف أو في الشتاء, وبالطبع لا يجب أن تظلل الوحدات بالأشجار أو بالأبنية القريبة وهذا لا شأن له بوقت اليوم أو وقت السنة وفي وحدات (pv) حتى إذا كانت خلية واحدة من الـ(36) خلية مظللة فسيخفض ذلك إنتاج الكهرباء لأكثر من النصف.

إذا كان لديك بيت غير مظلل وسقفه يتجه جنوباً فيجب أن تقرر حجم النظام الذي ستحتاجه وإنه يعتمد أيضاً على الحقائق التي تقول بأن إنتاج كهربائك يعتمد على الطقس الذي يكون عادة غير متوقع وبأن الكهرباء لديك ستتفاوت أيضاً إن هذه الموانع من السهل جداً توضيحها حيث تعطي البيانات الأرصادية المعدل الشهري لمستويات ضوء الشمس لمناطق جغرافية مختلفة, ويؤخذ أيضاً بعين الإعتبار هطول المطر والأيام الغائمة بالإضافة إلى الرطوبة وعوامل دقيقة أخرى, لذلك يجب عليك أن تخطط من أجل أسوأ شهر لتحصل على كهرباء كافية طول السنة ومع تلك البيانات وبمعرفة معدل متطلبات بيتك (فواتيرك الشهرية ستعلمك بشكل ملائم عن كمية الطاقة التي تستهلكها كل شهر) بهذه الطرق البسيطة ستستطيع تقرير وحدةالـ(pv) التي ستحتاجها, ويجب أيضاً أن تقرر نوع نظام الجهد الكهربائي (الفولطية) التي يمكن أن تحددها بتقرير كمية الوحدات لتربطها بسلاسل.


العقبات:


ربما هناك مشكلتين يجب أن تجد لهما الحل, أولاً: ماذا سنفعل إذا لم تشرق الشمس؟ بالتأكيد لا أحد سيقبل بأن تكون لديه كهرباء فقط أثناء النهار وأيضاً في الأيام الصافية, في هذه الحالة نحن نحتاج إلى بطاريات مخزنة للكهرباء ولسوء الحظ فإن البطاريات تزيد الكثير من التكلفة والصيانة إلى نظام الـ(pv) ولكن على أي حال هي ضرورية إذا كنت تريد أن تكون مستقلاً بشكل كامل وهناك طريقة أيضاً حول المشكلة وهي بوصل بيتك إلى شبكة المؤسسة حيث ستقوم بشراء الطاقة عندما تحتاجها و تبيعها لهم عندما تنتج طاقة أكثر من ما تحتاج وبهذه الطريقة تكون المؤسسة مثل نظام تخزين عملي غير محدود ويجب أيضاً على المؤسسة أن تكون موافقة على ذلك, وفي أغلب الأحيان ستقوم المؤسسة بشراء الطاقة منك بسعر أقل بكثير من سعر بيعهم الخاص وأيضاً ستحتاج إلى أجهزة خاصة لتتأكد من أن الطاقة التي تبيعها للمؤسسة تتزامن مع طاقتهم وبأنها تشترك معها في نفس الشكل الموجي الجيبي ونفس التردد.

يجب على المؤسسة أن تتأكد بأن نظام الـ(pv) خاصتك لن يدخل الكهرباء بشكل خطوط عند انقطاع التيار الكهربائي فتعتقد بأن الأسلاك خالية من الكهرباء وهذا يسمى (العزل).
إذا قررت إستخدام البطاريات يجب أن تبقي البطاريات دائماً وإذا أردت استبدالها ستكون العملية بعد بضعة سنوات.

إن وحدات الـ(pv) يجب أن تبقى لـ(20) سنة أو أكثر والبطاريات في نظام الـ(pv) يمكن أن تكون خطيرة جداً بسبب الطاقة التي تخزنها, وبسبب محلول الكهرباء الحمضي الذي تحتويه لذلك ستحتاج إلى إحاطة غير معدنية ومعرضة للهواء بشكل جيد.

--------------------------------------------------------------------------------

البطاريات ذات المدار العميق:

ما هو نوع البطاريات الذي يستعمل في أنظمة الـ(PV) ؟.
بالرغم من أن هناك أنواع مختلفة من البطاريات تستخدم عادةً ولكن هناك ميزة واحدة يجب أن تكون مشتركة بينهم كلهم وهي البطاريات ذات المدار العميق وهي ليست كبطارية السيارة التي تتميز بأنها ذات مدار سطحي, إن البطاريات ذات المدار العميق تستطيع أن تفرغ أكثر من طاقتها المخزونة وأيضاً لديها حياة طويلة أما بطارية السيارة تطلق تياراً كبيراً في وقت قصير ـ لكي تشغل السيارة ـ وثم تعيد الشحن فوراًعندما تسير السيارة.

إن بطاريات الـ(PV) يجب عليها أن تطلق تياراً أصغر في فترة أطول بشكل عام (مثلاً طوال الليل) بينما تقوم بالشحن خلال النهار, وإن بطاريات المدار الطويل الأكثر إستخداماً هي بطاريات حمض الرصاص وأيضاً بطاريات كاديوم ***ل, وبطاريات كاديوم ***ل أغلى ولكنها تبقى لمدة أطول ويمكن أن تفرغ طاقة بدون أذى وحتى بطاريات حمض الرصاص ذات المدار العميق لا تستطيع إفراغ 100% من الطاقة بدون إختصار حياة البطارية وبشكل عام إن أنظمة الـ(PV) صممت لإفراغ التيار عن طريق بطاريات حمض الرصاص وليس أكثرمن 40 أو 50 %.

يتطلب إستخدام البطاريات تركيب عنصر أساسي آخر يدعى المتحكم بالشحن, وستعيش البطاريات أكثر إذا تلقت العناية وذلك بعدم الإفراط بشحن البطارية أو عدم إفراغها كثيراً, وهنا يأتي عمل المتحكم بالشحن, عندما تشحن البطاريات بالكامل فإن المتحكم بالشحن لا يدع التيار في وحدات الـ(PV) يستمر بالتدفق إلى البطاريات وأيضاً عندما تفرغ البطاريات إلى مستوى قد حدد مسبقاً تحت سيطرة قياس الجهد الكهربائي (الفولطية) للبطارية فمغظم المتحكمين بالشحن لن يسمحوا بإفراغ المزيد من التيار من البطاريات حتى تشحن البطارية مرة أخرى, فجهاز التحكم بالشحن ضروري لضمان حياة البطارية الطويل.

قلب التيار المباشر إلى تيار متناوب:


إن المشكلة الأخرى هي إذا أردت إستخدام الكهرباء المولدة من وحدات الـ(PV) التي استخرجت من البطاريات وهو تيار مباشر بينما الكهرباء التي تؤمنها المؤسسة (والنوع الذي يستخدم في كل أدوات المنزل) هو تيار متناوب فأنت في هذه الحالة تحتاج إلى عا**ة وهي أدات تقوم بقلب التيار المباشر إلى تيار متناوب وإن أكثر العا**ات سيسمحون لك باسيطرة أوتوماتيكياً على كيفية عمل نظامك.

إن بعض وحدات الـ(PV) تسمى بوحدات التيار المتناوب لأنه قد بني عا** لدى كل وحدة وهذا يزيل الحاجة إلى عا**ة مركزية كبيرة ويبسط عملية توزيع الأسلاك.


يجب أن تتبع التعليمات الكهربائية في الأجهزة المتزايدة وتوزيع الأسلاك وصناديق التوصيل ومعدات الأرضية والحماية في التيار وعدم اتصال التيار المباشر والتيار المتناوب وملحقات أخرى, وهي توصي إلى حد كبير بأن التركيب يجب أن ينفذ من قبل كهربائي ذو رخصة وأن يكون لديه خبرة في أنظمة الـ(PV), وعندما يركب النظام فإن متطابات الصيانة في نظام الـ(PV) قليلة جداً (خاصة إذا لم تستخدم أية بطارية) وستقوم بتزويدك بالكهرباء بشكل نظيف وبهدوء لمدة 20سنة أو أكثر.
ـ إذا كان الجهد الكهربائي (الفلطائية) الضوئي مصدر رائع للطاقة المجانية فلماذا لا يجري كل العالم باتجاه الطاقة الشمسية؟.

إن بعض الناس لديهم مفهوم ضعيف عن الطاقة الشمسية( صحيح أن ضوء الشمس مجاني ولكن الكهرباء التي ولدت بأنظمة الـ(PV) ليست كذلك) وكما رأيت من شرحنا حول نظام الـ(PV)البيتي فإنك تحتاج إلى القليل من الأدوات.

إن تركيب نظام الـ(PV) سيكلف حالياً 9 دولارات لكل واط بالغ الذروة, ولنعطيك فكرة عن قدر الكلفة في نظام البيت لنأخذ بعين الإعتبار البيت الشمسي وهو بيت سكني نموذجي في ريلاي ـ كارولينا الشمالية مع نظام الـ(PV) المركب من قبل مركز كالورينا الشمالية الشمسي North Carolina Solar Center) ) وذلك لإظهار تقنية نظام الطاقة الشمسية, بيت صغير جداً وقدر نظام الشمس فيه بـ 3.6 كيلو واط من نظام الـ(PV) ويغطي حوالي نصف كمية الكهرباء الكلية التي يحتاجها (هذا النظام ليس لديه بطاريات وهو موصول بشبكة) وبالرغم من أنه يكلف 9 دولارات لكل واط فإن هذا النظام المركب يكلف حوالي 32000 دولار, وهذا النظام لا يستطيع التنافس مع المؤسسات وكلما زادت البحوثات فإن الكلفة تنزل وإن الباحثون واثقون بأن كلفة نظام الـ(PV) سيكون فعال في المناطق الحضرية بالإضافة إلى المناطق البعيدة.

ويكمن جزء من المشكلة في أن التصنيع يحتاج لأن ينجز في مناطق واسعة لتخفيض الكلف قدر المستطاع وعلى أي حال هذه المطالب لن تلبى حتى تنزل الأسعار إلى المستويات التنافسية وإن فعالية الوحدة والطلب يرتفعان بشكل ثابت والأسعار تهبط, ويصبح العالم مدركاً بشكل متزايد للمخاوف البيئية التي ارتبطت بالمصادر الكهربائية التقليدية مما يجعل للخلايا الفلطائية الضوئية مستقبل لامع

[NADER]

الفولتية الضوئية (Photovoltaics PV) التي تعرف بالخلايا الشمسية أوالخلايا الفولتضوئية photovoltaic cells. من خلالها يتم تحويل اشعة الشمس مباشرة إلى كهرباء، عن طريق استخدام أشباه الموصلات مثل السليكون الذي يستخرج من الرمل النقي. وبصفة عامة مواد هذه الخلايا إما مادة بلورية سميكة كالسيليكون البلوري Crystalline Silicon أو مادة لابلورية رقيقة كمادة السيلكون اللابلوري (Amorphous Silicon a-Si) و Cadmium (Telluride CdTe)أو (Copper Indium Diselenide CuInSe^2, or CIS) أو مواد مترسبة كطبقات فوق شرائح من شبه الموصلات تتكون من أرسنيد(زرنيخيد) الجاليوم (Gallium Arsenide GaAs).

وتعتبر طاقاتها شكلا من الطاقة المتجددة والنظيفة ، لأنه لايسفر عن تشغيلها نفايات ملوثة ولا ضوضاء ولا إشعاعات ولا حتي تحتاج لوقود. لكن كلفتها الأبتدائية مرتفعة مقارنة بمصادر الطاقة الأخرى. والخلايا الشمسية تولّد كهرباء مستمرة ومباشرة (كما هو في البطاريات السائلة والجافة العادية).

تعتمد شدة تيارها علي وقت سطوع الشمس وشدة أشعة الشمس ، وكذلك على كفاءة الخلية الضوئية نفسها في تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية. يمكن لهذه الخلايا الشمسية إعطاء مئات الفولتات من التيار الكهربائي المستمر DC لو وصّلت هذه الخلايا علي التوالي. كما يمكن تخزين الطاقة الناتجة في بطاريات الحامضية المصنوعة من الرصاص أو القاعدية المصنوعة من معدني النيكل والكادميوم. ويمكن تحويل التيار المستمر DC إلي تيار متردد AC بواسطة العاكسات ال Invertor للاستعمال وإدارة الأجهزة الكهربائية المنزلية والصناعية العادية.

من ميزتها أنها ليس بها أجزاء متحركة تتعرض للعطل. لهذا تعمل فوق الأقمار الصناعية بكفاءة عالية، ولاسيما وأنها لاتحتاج لصيانة أو إصلاحات أو وقود, حيث تعمل في صمت, إلا أن اتساخ الخلايا الضوئية نتيجة التلوث أو الغبار يؤدي إلى خفض في كفائتها مما يستدعي تنظيفها على فترات.

أكبر محطة توليد كهرباء تعمل حاليا بالخلايا الشمسية توجد في أسبانيا وقدرتها 23 ميحاوات. ومن المخطط أن يتم بناء أكبر محطة تعمل بالخلايا الشمسية في أستراليا بقدرة 154 ميجاوات. والخلايا الشمسية تعمل في الأقمار الصناعية منذ عام 1960 كما تزود محطة الفضاء الدولية ISS بالتيار الكهربائي .

هناك طريقة أخرى لتحويل الطاقة الشمسية إلى الطاقة الكهربائية وذلك عن طريق استغلال الحرارة المباشرة لأشعة الشمس أو ما يسمى بتقنية الكهرباء الحرارية الشمسية

[NADER]

كيمياء بوليمرات
كيمياء البوليمرات أو كيمياء الجزيئات الكبيرة علم متشعب يتعامل مع التصنيع الكيميائي والخواص الكيميائي للبوليمرات أو الجزيئات الكبيرة. الجزيئات الكبيرة بصفة عامة ترجع إلى سلاسل جزيئية وبالتالي فإنها تتبع علم الكيمياء. البوليمرات تصف خواص أغلبية مادة البوليمروتتبع علم فيزياء البوليمرات كعلم متفرع من الفيزياء. اللدائن مثل البولي إثيلين يعامل فى هذه المقالة على أنها تفرع من البوليمرات التصنيعية التى لها شهرة تجارية. البوليمرات الحيوية مثل البروتينات هى أيضا تفرع للبوليمرات وتتواجد فى الطبيعة.

يتم عمل البوليمرات عن طريق بلمرة المونومرات. ويتم وصف البوليمر كيميائيا بدرجة البلمرة, توزيع الكتلة المولية, الإنتظامية, توزيع البوليمر التساهمي, تفرع البوليمر, مجموعة نهاية, تشابك, تبللر, وأيضا بالخواص الحرارية مثل درجة الإنتقال الزجاجية. البوليمرات فى المحاليل لها خواص خاصة بالنظر إلى ذوبانيته, كثافته, تكتله.


تاريخ البوليمرات
فى عام 1897 قام هيلاري دي شارونيه ببدء أول مصنع لتصنيع الخيوط بناءا على السيليلوز كمادة لإستبدال الحرير. فى عام 1907 قام ليو بيكيلاند باختراع أول بوليمر تصنيعي باكلايت. فى عام 1922 كان هيرمان شاودينجر أول من افترض أن البوليمرات تتكون من سلاسل طويلة من الذرات مرتبطة معا برابطة تساهمية. كما اقترح أيضا تسمية هذه المركبات بالجزيئات الكبيرة. وقبل هذا، كان العلماء يعتقدون أن البوليمرات هي تجمعات للجزيئات الصغيرة (تسمي غروانيات) مرتبطة معا عن طريق قوى دقيقة غير معروفة. وقد حصل شاودينجر على جائزة نوبل فى الكيمياء عام 1953 م. وقد اخترع والاس كاروثيرس أول مطاط تصنيعي نيوبرين عام 1931 م والنيلون عام 1935 م. وحصل بول فلوري على جائزة نوبل في الكيمياء عام 1974 لعمله على شكل اللف العشوائي للبوليمرات.
http://www.bytocom.com/vb/images/Eid-El-Ad7a/buttons/quote.gif (http://www.bytocom.com/vb/newreply.php?do=newreply&p=88098)

[NADER]

لبوليمر أو المتماثر Polymer هو مصطلح عام يستخدم فى الأساس لوصف جزيء طويل. وهذا الجزيء الطويل يتكون من وحدات بناء ووحدات متكررة مربوطين معا عن طريق روابط كيميائية. وعملية تحويل هذه الوحدات إلى بوليمر تسمى بلمرة. وهذه الواحدات تتكون من المونومرات, والتى غالبا ما تكون جزيئات صغيرة ذات وزن جزيئ قليل.

ويمكن أن تكون هذه المنونومرات متطابقة, أو مستبلة بمجموعة كيميائية أو أكثر. هذه التغييرات التى تحدث فى المونومرات قد تؤثر فى خواص البوليمر مثل المرونة, قابلية الذوبان, أو قوة شد البوليمر. فى البروتينات, هذه التغييرات يمكن أن تجعل البوليمر القدرة على أن يكون له التركيب المناسب, بدلا من حدوث لف عشوائي "Random Coil" له. وبالرغم من أن معظم البوليمرات تعتبر عضوية (أى أنها مبنية على سلسلة كربونية), فإنه يوجد أيضا بوليمرات غير عضوية, وغالبا ما تكون سلاسلها مبنية على أصل من السيليكون.

ويغطى المصطلح بوليمر مدى واسع من الجزيئات, متضمنا أيضا بعض المواد مثل البروتينات والخيوط التى لها قوة شد عالية مثل خيوط كيفلر. والأساس فى التفريق بين البوليمرات والجزيئات الأخرى الكبيرة هو وجود الوحدات المتكررة (المونومرات) فى سلاسل البوليمر. ويحدث هذا خلال عملية البلمرة, والتى ترتبط فيها وحدات عديدة من المونومرات معا لتكوين سلسلة طويلة من البوليمر. فمثلا, عملية تكون البولي إثيلين "Polyethylene or Polyethene" تتضمن تشابك ألاف الوحدات من جزيئات الإثين معا لتكوين سلسلة لها الوحدا المتكررة -CH2- :



غالبا ما يتم تسمية البوليمرات على أسم المونومرات المكونة للبوليمر, فمثلا, يتم تمثيل البولي إثيلين كالتالي:



ولأن البوليمرات غالبا ما يتم التفرقة بينها بالمونومرات المكونة لها, فإن سلاسل البوليمرات فى أى مادة لا يكون لها نفس الطول. وهذا بعكس الجزيئات الأخرى التى تتكون من عدد معين من الذرات, ويكون لكل جزيء وزن جزييء محدد. وإختلاف أطوال سلاسل البوليمرات لإن السلاسل تنتهى بطريقة عشوائية خلال تطور عملية البلمرة.

البروتينات ما هى إلا أحماض أمينية فى شكل بوليمر. ومن دستة إلى عدة مئات من (تقريبا) أشكال المونومرات التى تكون السلسلة, فإن التتابع الذى يتكون به البروتين يحدد خواصه ونشاطه. ولكن يوجد فى هذه البروتينات ما يسمى مناطق نشيطة, والتى تكون محاطة بما يعتقد (حتى 2003) بأنه مناطق تركيبية, والتى يكون دورها الأساسي هو إظهار هذه المنطقة/المناطق النشطة. وعلى ذلك فإن التتابع الأصلي للحمض الأميني ليس له أهميو كبيرة, طالما أن هذه المناطق النشطة يمكن الوصول إليها بفاعلية. وحيث ان تكون البولي إثيلين يحدث بطريقة عشوائية, فإن من يقوم بتصنيع البروتينات الحيوية والأحماض النووية يجب أن يكون لديهم عامل حفز (مادة تقوم بتسيهل أو تعجيل التفاعل). ومنذ الخمسينيات من القرن العشرين, كان للعوامل الحفازة دور كبير فى تصنيع البوليمرات. وبوجود مزيد من التحكم فى تفاعلات البلمرة, فإنه تم تصنيع بوليمرات ذات خصائص فريدة, مثل القدرة على إصدرا ضوء ملون.

وللحصول على خصائص جيدة للبوليمر فإنه لابد من ضبط عديد من العوامل. وهذا لأن البوليمر يتكون فى الحقيقة من توزيعات من السلاسل بأطوال مختلفة, وكل سلسلة تتكون من حصيلة المونومرات التى تؤثر على خواص البوليمر. وبعض هذه العوامل مشروحه بالأسفل