شبكة تفريغ البلازما الديناميكية الكهربائية في تطبيقات الخلايا الشمسية

Print Friendly, PDF & Email

أ.د. منال مدحت عبد الله/قسم الفيزياء – كلية العلوم – جامعة بغداد

المهندس مازن سلمان علي الانصاري/متقاعد 

اوس خليل محمد/قسم الفيزياء – كلية العلوم – جامعة بغداد/طالب ماجستير

  الخلاصة

تعد الطاقة أحد أهم إشكالات الإنسان علي مر التاريخ ، فقد تعرف الإنسان القديم على مصادر الطاقة المتجددة كأشعة الشمس والرياح وتعامل معها واستفاد منها، فتعددت تطبيقات هذه المصادر وتطورت عبر العصور مع تطور نمط عيش الإنسان ونمو وتطور حاجاته إلى الطاقة. في مطلع القرن التاسع عشر ازداد عدد سكان العالم وبالتالي ازداد الطلب على الطاقة ، و بتطور المعرفة والاختراعات ازدادت الحاجة لمشتقات البترول. ومع تباشير القرن العشرين، بدأت تتضح صلاحية وكفاءة استعمال الكهرباء في مجالات واسعة، فاستُعمِلت في الإنارة وإدارة المحركات الكهربائية، مما ساعد علي تَسهيل سُبل العيش. فَسُخِّر الفحم الحجري والبترول والغاز الطبيعي، والطاقة المائية لإنتاج الكهرباء، واكتشفت فيما بعد الطاقة النووية واستعملت بدورها لإنتاج الطاقة الكهربائية. ومع تزايد استخدام موارد الطاقة نجمت مشاكل من قبيل التلوث البيئي و الاحتباس الحراري ، من هنا ظهرت اهمية العودة الى وتأمين  مصادر الطاقة المتجددة ( او ما تعرف بالطاقة النظيفة). ان لتأمين و لاستقرار مصادر الطاقة معان هامة، فللحاضر يعني الاطمئنان إلى ما بلغه مستوى الحضارة المعتمد على تزايد استهلاك الطاقة في توفير خدمات الاتصالات وتدفق الأموال نتيجة العمليات الصناعية والتجارية المختلفة المعتمدة على الطاقة، وللمستقبل يعمل تأمين  تثبيت الأسعار وإعداد خطط التنمية المستقبلية على أسس واضحة، والطموح إلي مزيد من التقدم والرقي و الرفاه.

تتبوأ الطاقة الشمسية مكانة هامة ضمن البدائل المتعلقة بالطاقة المتجددة إلا أن مدى الاستفادة منها يرتبط بوجود أشعة الشمس ووصول هذه الاشعة للمنظومات بشكل كاف. لذا فأنه من أهم المشاكل التي تواجه الباحثين في مجالات استخدام طاقة الخلايا الشمسية هي وجود الغبار وتراكمه المستمر على سطوح هذه المنظومات , وقد برهنت البحوث الجارية حول هذا الموضوع أن أكثر من 50 % من فعالية الطاقة الشمسية تفقد في حالة عدم تنظيف الجهاز المستقبل لأشعة الشمس لمدة شهر وتختلف هذه النسبة  من بلد الى آخر معتمدة على طبيعة الغبار وطبيعة الطقس في ذلك البلد   [1] ، و بالطبع فان عملية التنظيف ستزيد من تكلفة الصيانة والتشغيل والذي سينعكس في زيادة تكلفة انتاج الكهرباء.

    ان هذا البحث يقدم حلا لهذه المشكلة :البحث  يتضمن توليد طبقة رقيقة  من البلازما على سطح الخلية الشمسية تعمل على منع الغبار من الوصول و الترسب عليها ، وفي نفس الوقت يطرد الغبار المترسب مسبقا ( قبل تشغيل دائرة توليد البلازما) ، و ذلك بترسيب اقطاب شفافة للضوء المرئي وعالية التوصيل الكهربائي على السطح الزجاجي للخلية الشمسية باستخدام مادة الانديوم ( ثاني اوكسيد القصدير)  و القيام بمد الاقطاب  بالكهرباء من خرج الخلية الشمسية  ومن ثم توليد بلازما بالتفريغ الكهربائي بين القطبين المذكورين. ان هذه العملية تقوم بإزالة الغبار المترسب في ثواني وتستهلك فقط نسبة صغيرة جدا من الكهرباء المتولد من الخلية الشمسية ( 0.03امبير ) والطاقه الزائدة تذهب الى البطارية لغرض  خزنها.

هذا العمل يتضمن المراحل الاتية:

1-  تحضير المحاليل الكيميائية اللازمة  لترسيب شبكة الاقطاب الكهربائية الرقيقة السمك و الشفافة على سطح زجاجي , يليها اجراء فحوصات الاشعة السينية ودراسة الخواص البصرية و مورفولوجي سطح الاقطاب الموصلة .

2- تصميم و ربط الدائرة الكهربائية الخاصة بتوليد البلازما و دائرة الشحن وتوصيلها بالخلية الشمسية للاستفادة من الكهربائية المستمرة بتحويلها الى تيار متناوب للاستفادة منها في تغذية الدائرة الكهربائية لتوليد البلازما.

3- تحضير نماذج من الغبار المتراكم في بيئتنا و تصنيفها الى اقطار مختلفة , وذلك لدراسة تاثير اقطار حبيبات الغبار  و درجات الحرارة المختلفة على كفاءة عملية التفريغ الكهربائي و بالتالي على تنظيف سطح الخلية الشمسية  من الغبار المتراكم عليها.

4- اختبار المنظومة عمليا و تجريبيا  وذلك بحساب عامل الوضوح ( Clearing Factor) للمنظومة كدالة للمعلمات:

أ- قطر حبيبات الغبار.

ب- وزن حبيبات الغبار.

ج- درجة حرارة حبيبات الغبار.

 د- فولتيات تفريغ  الشحنة.

 تمت دراسة النسبة المئوية للخسارة في كمية الاشعاع الشمسي قبل وبعد تراكم الغبار على السطح, كذلك تم تجربة المنظومة ( شبكة البلازما + الخلية الشمسية السليكونية)  ولعدة فولتيات شحن و حساب ومقارنة قيمة الكفاءة و اداء الخلية قبل تراكم الغبار وبعد ازالة الغبار بالطريقة  المقترحة.

Comments are disabled.