Safa Monamed ALsaeed

Photovoltaic Cells

Mansoura University

Faculty Of Engineering

Department Of Architecture

.الخاليا الكهروضوئية تعريفها 1 وتركيبها

الكهروضوئية الخاليا photovoltaic هي وحده تقوم بتحويل الطاقة الضوئية المباشرة : ( تعني photoإلى طاقة كهربائية , و كلمة فوتوفولتيك مشتقة من طبيعة عمل الخلية فكلمة )

(( تعني كهرباء , و هذا يعني تحويل ضوء الشمس إلى كهرباء .voltaicضوء , وكلمة

لماذا الخاليا الكهروضوئية في توليد الطاقة لكهربائية ؟يسفر عن تشغيلها نفايات تعتبر طاقاتها شكال من أشكال الطاقة المتجددة والنظيفة، ألنه ال

مقارنة ملوثة وال ضوضاء وال إشعاعات وال حتى تحتاج لوقود , لكن كلفتها االبتدائية مرتفعة بمصادر .الطاقة األخرى و كذلك فهي تولد الكهرباء بشكل مستمر ومباشر

كيف تعمل خلية الفوتوفولتيك ؟

( تصنع خليةphotovoltaic من المواد أشباه الموصالت )semiconductors مثل السيلكون مكونة من بلورة واحدة من السيلكون , وببساطة عندما تسقط photovoltaicو كل خليه

أشعة الضوء على الخلية فان جزء من الضوء يتم امتصاصه من قبل ذرات السيلكون ,أي أن طاقة الضوء قد امتصت من قبل مادة الخلية .

تعمل هذه الطاقة على إثارة االلكترونات الغير مرتبطة في المادة و تجعلها تتحرك بحرية داخل المادة , و عندما تتعرض هذه االلكترونات الحرة لمجال كهربي فإنها سوف تتحرك كلها في

الفوتوفولتيك بنقطتي توصيل على اتجاه واحد وهذا يعني تيار كهربي و عند ربط طرفي الخلية السطح العلوي والسطح السفلي للخلية نحصل على تيار كهربي طالما استمر سقوط الضوء

( , figure.1على خلية الفوتوفولتيك )

وبمعلومية قيمة التيار الكهربي المار في الدائرة وفرق الجهد الكهربي المتولد على طرفي [الطاقة الكهربية )وات( = خلية الفوتوفولتيك يمكن أن نحصل على قيمة الطاقة الكهربية

فرق الجهد الكهربي )فولت(] التي يمكن أن تولدها الخلية الشمسية .xالتيار الكهربي )أمبير(

وتركيبها تعريفها الكهروضوئية الخاليا

الشمس ضوء

سيلكون بلورة

الغير االلكترونات إثارةمرتبطة

االلكترونات تتحركبحرية

كهربي لمجال تتعرض

باتجاه االلكترونات تتحركالكهربي التيار هو وهذا واحد

شكل توضيحي للتفسير العلمي لتوليد الطاقة الكهربيةفي الخلية الكهروضوئية

وتولد PVS تيار مباشر من االلكترونات مع كال أشعة الشمس المباشرة وغير المباشرة و تزيد قدرتها مع زيادة أشعة الشمس تلقائيا , كما هو مبين في الشكل التالي .

, و ما فائدة PVSلماذا تستخدم خلية السيلكون بالتحديد في تركيب التركيب البلوري لها ؟

: وصف بلورة السيلكون

14يمتلك السيلكون بعض الخواص الكيميائية في تركيبه البلوري. فذرة السليكون تحتوي على إلكترون موزعة على ثالث مستويات طاقة و يحتوي المستوى الثالث أو المستوى الخارجي على

8 الكترونات فقط أي يكون نصفه ممتلئ والنصف اآلخر فارغ حيث إن المدار يكتمل بـ 4الكترونات, وتسعى ذرة السيليكون الن تكمل النقص في عدد االلكترونات في المستوى

الخارجي ولتفعل ذلك فإنها تشارك أربع الكترونات من ذرات سليكون مجاورة وبهذا ترتبط ذرات السليكون بعضها البعض في شكل تركيب بلوري .

( تطعيم ذرة السيلكونDOPING: )

و للعلم فان بلورة السيلكون النقية ال توصل التيار الكهربي بكفاءة عالية ألنه ال يوجد الكترونات حرة لتنقل التيار الكهربي حيث أن كل االلكترونات قد قيدت في التركيب البلوري. ولهذا ولكي

في التركيب تعديل بسيط يتم استخدام السليكون في الخلية الشمسية فإننا بحاجة إلى إجراء البلوري.

رسم يوضح توزيع االلكترونات في

مستوى الطاقة األخير لبلورة السيلكون

Figure.2النقي .

تسمى عملية تطعيم التعديل البسيط( هو عبارة عن إضافة ذرات عناصر أخرىdoping ) وهي ضرورية لعمل الخلية الشمسية.impuritiesوهذه الذرات اإلضافية نسميها شوائب

5فيتم تطعيم ذرات السيلكون بذرات فوسفور , و ذلك ألن ذرة الفوسفور تحتوي على ولهذا عندما تدخل الشبكة البلورية بين ذرات السليكون الكترونات في مدارها الخارجي

. الكترونات ويبقى إلكترون حر4ستشارك بـ

اآلن تتضح فكرة عمل الشوائب في ذرات السليكون فلو تم تزويد السليكون النقي بالطاقة� لوجدنا أن بعض االلكترونات تتحرر وتترك مكانها شاغر نسميه فجوة ولتكن طاقة حرارية مثال

holeفجوة أخرى ف. تعمل هذه ال � جوة على السماح إللكترون في الجوار باالنتقال إليها تاركاوهكذا تستمر حركة االلكترونات في اتجاه وحركة الفجوات في االتجاه المعاكس وهذه الحركة

هي تيار كهربي. ولكن في حالة ذرات السليكون المطعمة بذرات الفوسفور يصبح األمر مختلف من ناحية أن

.الطاقة الالزمة لبدأ تحريك االلكترونات اقل بكثير من حالة السليكون النقي

بللورة سيلكون بعد تطعيمها بذرة الفوسفور. Figure.3

ولذلك تسمى أشباه الموصالت التي تطعم بذرات تحتوي على الكترونات إضافية بالنوعN-type أي النوع السالب ألنه أضاف إلكترون للتركيب البلوري للذرات , ولهذا يعتبر السليكون

المطعم بالفوسفور موصل أفضل من السليكون النقي.أي النوع الموجب فانه ينتج عن تطعيم ذرات السيلكون بذرات لها عدد أقل من P-TYPEأما

االلكترونات الحرة .

رسم يوضح حركة االلكترونات الحرة و توليد الطاقة الكهربيةعند سقوط أشعة الشمس على خلية الفوتوفولتيك

. أنواع الخاليا الشمسية2

الشمسية الخاليا أنواع

خلية تصنع من السليكون أحادي التبلر: •

(mono crystalline وهو عبارة عن خاليا ق�طعت من بلورة سيلكون مفردة وكفاءة هذا النوع )% مما يعني أن امتصاص الخاليا من اإلشعاع القادم من الشمس 16 إلى 11من الخاليا من وات لكل متر مربع وذلك في يوم مشمس بالقرب من خط االستواء أي 1000الذي تبلغ قوته

إلى 110أن الواحد متر مربع من هذه الخاليا يمتص اإلشعاع الشمسي بهذه الكفاءة ينتج ما بين وات.160

خلية شمسية صنعت من بلورة أحادية السيلكون

( :malty crystallineخاليا عديدة التبلور )•

وهي عبارة عن رقائق من السليكون ك�شطت من بلورات سليكون أسطوانية ثم تعالج كيميائيا في أفران لزيادة خواصها الكهربية وبعد ذلك تغطي أسطح الخاليا بمضاد االنعكاس لكي تمتص

%.13 إلى 9الخاليا أشعة الشمس بكفاءة عالية وكفاءة هذا النوع من

السيلكون كثير البلورات في لوح شمسي

قطاع توضيحي لخلية السيلكون كثير البلورات

المادة الخام للبلورات السيلكونية

طبقة مزدوجة مغطاة بمادة غير عاكسة

السطح الموصل

اللوح الخلفي للخلية

P-type

N-type

250 ميكرون

70ميكرون

( :amorphousالخاليا المورفية أو خاليا الفيلم الرفيع )•

وفيها مادة السيلكون تترسب على هيئة طبقات رفيعة علي أسطح من الزجاج أو البالستيك % وأسعارها أيضا 6 إلى 3لذلك فإن تصنيع هذه الخاليا يتم بتقنية سهلة ولكن كفاءتها أقل من

وات إلى ما أقل .40أقل. وهي مناسبة لتطبيقات من

لوح من خاليا الفيلم الرفيع.

أوجه المقارنةMono crystalline silicon

Polycrystalline silicon

Thin-film silicon )amorphous silicone(

المكون الرئيسي للخلية

خليه قطعت من خلية .سيلكون متفردة

رقائق من السيلكون كشطت من بلورات

كونية اسطوانية يسيلثم تعالج في أفران

لزيادة خواصها الكهربية, ثم تغطى

أسطح الخاليا .بمضادات االنعكاس

من مادة السيلكون المترسبة على هيئة طبقات رفيعة على

أسطح الزجاج أو البالستيك .

مقدار كفاءة الخلية %

(Approximate cell

efficiency)

13-17% 12-15% 5%

مقدار فعالية الوحدة %

(Approximate cell efficiency

12-15% 11-14% 4.5-4.95

إنتاج الخلية من الطاقة الكهربية

110-160w 80w 40w

المميزات و العيوب

كفاءتها العالية في إنتاج الطاقة الكهربية

سهولة اإلنتاج و أرخص في التكلفة و

لكن الكفاءة أقل

الخامات المصنعة منها األقل في التكلفة و

لكنها أيضا األقل في إنتاج الطاقة على

اإلطالق

الكهروضوئية الخاليا أنواع بين مقارنة

معدالت توضيحية لمستوى كفاءة أنواع الخاليا الكهروضوئية و كذلك مقدار التكلفة

الشمسية الخاليا في الطاقة فقد أسباب

: نوع المادة المستخدمة وطاقة الفوتونات الضوئية)1( الضوء المرئي هو جزء من الطيف الكهرومغناطيسي.  وكما نعلم أن الطيف

الكهرومغناطيسي مكون من العديد من األمواج الكهرومغناطيسية المختلفة في األطوال الموجية.  والضوء المرئي أيضا مكون من أطوال موجية مختلفة وهي التي تعرف بألوان

ويمكن فصل ألوان الطيف (الطيف )االحمر والبرتقالي واألصفر واألخضر واألزرق والنيليهذه حسب أطوالها الموجية باستخدام المنشور.

ــا ــتخدام خالي ــة باس ــة الكهربي ــاج الطاق ــية من إنت ــرة األساس ــزء األول الفك ــا من الج ــح لن يتضباه واد أـش نع من ـم ا تـص ذه الخالـي ية وان ـه ا الشمـس رف بالخالـي ا يـع كل ـم تي تـش ك واـل الفوتوفولتـي

الموصالت مثل السيلكون. في ـهذه الـجزء ـسوف نـقوم بـشرح الـصعوبات والتـحديات الـستخدام الخالـيا الشمـسية ـلتزود منازلـنا تي ية اـل ة الشمـس دار الطاـق ح كم مـق وف نوـض ك ـس ل ذـل عة الشمس.  ولكن قـب اء من أـش بالكهرـب

من أشعة الشمس. % 25حيث أنها ال تمتص أكثر من تمتصها خلية الفوتوفولتيك؟ 

والسؤال المهم لماذا كمية امتصاص الطاقة صغيرا� إلى هذا الحد؟ :يعتمد ذلك على عاملين أساسيين

ا يمـثل ـكل ـلون من أـلوان الطـيف ـطول ـموجي مـحدد ولـكل ـطول ـموجي طاـقة مـحددة يحملـه n-type و p-typeالفوـتون، وـهذا الفوـتون عـندما يـسقط على خلـية الفوتوفولتـيك المكوـنة من

ات ال تمتـلك الطاـقة إن بعض ـهذه الفوتوـن ذا الموـضوع ـف ا ـهو موـضح في الـجزء األول من ـه كـمفـجوة في الخلـية، حيث تنـفذ ـهذه الفوتوـنات ـعبر الخلـية وال يتم عـمل و الكافـية لتحرـير إلـكترون

ا تي تصـل طاقتـه ة واـل ة الكافـي ك الطاـق ات الضـوء تمتـل دد بسـيط من فوتوـن 1امتصاصـها.  وـع( وهي الطاقة الالزمة لتحرير الكترونات من ذرات مادة السليكون.  1eVإلكترون فولت )

:( المقاومة الكهربية لمادة السليكون2)

اتج ربي الـن ار الكـه رور التـي و ـم ا ـه ة أيـض د في الطاـق ادة الفـق تي تـساهم في زـي ل اـل من العواـمة السـفلى من ة الطبـق وم بتغطـي ا يتطلب أن نـق ة مـم رة خارجـي ة الشمسـية في داـئ من الخلـي

ار الكـهربي، في حين الـسطح الـخ ادة موـصلة للتـي رجي اـلذي يتـعرض للـضوء ـلو تم االخلـية بـمان وـضع ذا يتم في بعض األحـي ل، ولـه الي لن تعـم ة وبالـت ا فلن يـصل الـضوء للخلـي ه أيـض تغطيـتة. وفي بعض � من مـادة موصـلة على أجـزاء من السـطح الخـارجي للخلـي طبقـة رقيقـة جـدااألحـيان يتم وـضع وـصالت على أـطراف الخلـية وـهذا يجـعل االلكتروـنات تتـحرك مـسافة كـبيرة في خلـية الفوتوفولتـيك قـبل أن تـصل ألـطراف التوـصيل وـهذا يزـيد قيـمة المقاوـمة )ـتذكر أن ار الكـهربي( مـما دة التوـصيل للتـي ادة ـغير جـي ادة الـسليكون وهي ـم ات تتـحرك في ـم االلكتروـن

يعمل على زيادة قيمة الفقد في الطاقة.

د تزويد ن مستويات طاقة مختلفة وع فالمادة مكونة من ذرات وهذه الذرات موزعة علىاإللكترون بطاقة خارجية فإنه ينتقل من مستوى طاقة إلى مستوى طاقة أعلى والمسافة

وهي مميزة لكل مادة وهي band gap energyبين المستويين تسمى فجوة الطاقة التي تحدد إذا ما كانت المادة موصلة أو عازلة أو شبه موصلة للتيار الكهربائي، وفي مادة

، لذلك لو كانت الطاقة الخارجية التي نزود بها 1eVالسيليكون تقدر قيمة فجوة الطاقة بـ اإللكترون اقل من هذه القيمة فإن اإللكترون لن يستفيد منها ولن يمتصها لكي ينتقل إلى

مستوى طاقة اعلي، أما إذا كانت قيمة الطاقة الخارجية الساقطة على اإللكترون اكبر من 1eV فإنها سوف تنقل اإللكترون من مستوى طاقة إلى مستوى طاقة أعلى وهذا ما نريده

في الخلية الشمسية حيث أن الطاقة الخارجية هي الضوء.

والس�ؤال ال�ذي يتب�ادر إلى أذهانن�ا اآلن لم�اذا ال نس�تخدم م�ادة أخ�رى تك�ون فيه�ا فج�وة الطاق�ة اق�ل ح�تى نش�رك اك�بر ق�در من فوتون�ات الض�وء في تولي�د التي�ار

الكهربي؟

ة، وة الطاـق ط بفـج تي ترتـب رى اـل ور األـخ ر في األـم ليم ومنطقي ولكن لم نفـك ير ـس ذا تفـك وـهحيث أن فــرق الجهــد الكهــربي بين طــرفي خليــة الفوتوفولتيــك يعتمــد على مقــدار فجــوة الطاـقة فكلـما قلت فـجوة الطاـقة كلـما زاد ـعدد االلكتروـنات المتـحررة وـهذا ـيؤدي إلى زـيادة ة ة للخلـي درة الكهربـي ذكر أن الـق د. وـت رق الجـه ل ـف وقت يـق ربي ولكن في نفس اـل ار الكـه التـي� في ـفرق الجـهد الكـهربي.  ـلذا ـفإن أفـضل فـجوة طاـقة لـنوازن يـساوي التـيار الكـهربي مـضروبا

دود اتج هي في ـح ار الـن ة التـي ربي وقيـم د الكـه رق الجـه وة 1.4eVبين ـف ة من فـج ، وهي قريـب الطاقة لذرات السليكون.

وبعد هذا الشرح المفصل عن استخدام الطاقة الشمسية لتزود المنازل بالكهرباء ليس باألمر السهل بالرغم من أننا نعلم أن األشعة الشمسية مجانية وال تكلف ولكن تكاليف التجهيزات

والتركيب تعتبر باهظة إذا ما قورنت بالكهرباء التي تزودنا بها شركة الكهرباء، حيث تقدر تكلفة دوالر.  ولهذا فإن استخدام الخاليا 30,000تركيب نظام كهرباء بالطاقة الشمسية ما يقارب

الشمسية لتوليد الطاقة الكهربية يستخدم في األماكن البعيدة عن شبكة الكهرباء المحلية أو في المركبات الفضائية.

ة ا الشمسـية ال يمكن أن تنتج بطاـق تي تجـرى لتطـوير الخالـي ة اـل الرغم من أن األبحـاث العلمـي وـبكهربـية بتكلـفة تـنافس ـما ـهو مـتوفر من مـصادر الطاـقة المعروـفة، إال أن المـخاوف البيئـية الناتـجة عن مـصادر الطاـقة التقليدـية ـتدفع بـقوة في اتـجاه اـستخدام الخالـيا الشمـسية مـما يجـعل من تقنـية

خاليا الفوتوفولتيك هي مستقبل الطاقة.

وتتوقف كفاءة النظام الشمسي على على عدة عوامل هي:

كميات اإلشعاع الشمسي الساقطة على المجمع.• فترة السطوع للشمس خالل اليوم والشهر والسنة.• كفاءة التخزين الحراري لمكان تخزين المياه الساخنة. • كفاءة المجمع الشمسي ومعدل فقده للحرارة. •

. النظام الشمسي المتكامل 3لتوليد الطاقة الكهربية المستخدم

في البناء

تركيب األلواح الشمسية1.: األلواح الشمسية

هي الجزء الظاهر من المنظومة الشمسية والذي يتم تثبيته على سطح المبنى وهو يقوم بتوليد الطاقة الكهربائية. تتكون األلواح الشمسية من :

[cell : الخلية الشمسية ] وهى الوحدة التي تحدث بها ظاهرة تحويل أشعةساقطة عليها ( نتيجة امتصاص األشعة الEMEالشمس إلى قوة دافعة كهربية )

[( .module)التي تكون بتكرارها الوحدة الشمسية ][ الوحدة الشمسيةmodule : ] وهى مجموعة من الخاليا الشمسية تجمع وتوصل

stringخط الصف الشمسي. معا على التوالي للحصول على الصف الشمسي [string :] وهى مجموعة من الوحدات )موديوالت( تجمع

Array وتوصل معا على التوالي للحصول على مجموعة القوى الدافعة الكهربية . مجموع الصفوف الشمسيةArray : وهى الشكل النهائي المتكون الستقبال

أشعة الشمس وهى مجموعة من التجمعات للحصول على الطاقة الكهربية . ويراعى عند وضعها تحقيق زوايا ميولها وتوجيها ناحية الشمس وعدم تعرضها

للظالل طوال فترة إشراق الشمس . :PV Cellالخلية الشمسية

هي المكون األساسي للمنظومة الشمسية وهي اصغر جزء فيه. تستجيب لإلشعاع الشمسي المباشر وغير المباشر محولة طاقة اإلشعاع إلى طاقة كهربائية. تستفيد األلواح الشمسية من ضوء الشمس الذي ينشط االلكترونات داخل الخلية لينتج التيار. تعتمد كفاءة عمل الخلية على

عاملين:األول هو كفاءة التحويل داخل الخلية والثاني هو قابلية الخلية الشمسية على

امتصاص الفوتونات

مكونات النظام الشمسيالنظام الساندB.O.S

األلواح الشمسية

البناء في المستخدم الكهربية الطاقة لتوليد المتكامل الشمسي النظام

[4 PV cell ]

Solar Panel[Module]

[ String] Multiple modules

[ Solar Array]

لتركيب اللوح الشمسي مخطط توضيحي

(PV Module)الوحدة الشمسية

هي الجزء الظاهر من المنظومة الشمسية وتتكون من تجميع عدد من الخاليا تعريفها :الشمسية .

مواصفات الوحدة الشمسية النموذجية : : خلية 36 عدد الخاليا : 300القدرة اإلنتاجيةWP - 60WP : 1.0األبعادx0.5 m

1.33x0.33 m 1.2x0.7 m

الشكل : مربع أو مستطيل الوصف : * مؤطرة بإطار من األلمونيوم

* أو غير مؤطرة , حسب متطلبات التصميم اللون : * حسب نوع الخلية

* حسب لون الصفيحة الخلفي

تغليف األلواح الشمسية : يغلف اللوح الشمسي بطبقة من مادة الزجاج يليها طبقة شفافة خفيفة من البالستك المعالج

لمضاعفة الحماية للخلية الشمسية تليها طبقة من الخاليا الشمسية. تثبت األلواح الشمسية على قاعدة وتختلف المادة المصنعة لها من نوع إلى آخر، حيث تصنع إما من مادة الزجاج أو الفوالذ

المقاوم للصدأ أو من مادة بالستيكية .

عند استخدام الوحدات الشمسية نصف الشفافة ذات الخاليا الشمسية الدائرية يتم استخدام نوع من الزجاج يكون مشتت للضوء لتلطيف دخوله عند الحافات الدائرية، ولتقليل الكلف الناتجة

عن هذه المتطلبات التصميمية يلجأ المصممون عادة الختيار وحدات شمسية قياسية من الشركات المصنعة بحيث تتفق مع التصاميم المعدة من قبلهم .

الوحدات الشمسية كمواد إنهاء )تشطيب ( :

يتم توظيف الوحدات الشمسية إما كمادة إنهاء أساسية أو بهيئة وحدات إنهاء مدمجه من ضمن مادة التشطيب التقليدية وفي هذه الحالة ستكون المساحة المنتجة للطاقة أقل، كمثال على ذلك

تدمج 2م0.3 سم ، أي مساحة 72*40منتج بهيئة قطع خفيفة من الخرسانة بأبعاد كلية تساوي ,2 م0.12 سم ( أي بمساحة 40 * 28معه قطعة شمسية بأبعاد )

مم . 5كما أن هذه القطع تكون إما متراكبة مع بعضها أو منفصلة بمسافة ال تقل عن

لوح زجاجي

لوح من البالستيك الخفيف لحماية الخلية

لوح من البالستيك الخفيف لحماية الخلية

خلية الفوتوفولتيك

لوح زجاجي نصف شفاف

شكل توضيحي لمكونات الوحدة الشمسية

وحدة شمسية متكاملةمع مواد التشطيب

وحدة شمسية منفصلةعن مواد التشطيب

الوحدة الشمسية و مواد التشطيب

خاصية الشفافية والتعتيم في الوحدات الشمسية:

شفافة Transparent cell

تولد الطاقة الكهربائية

إمكانية النظر من خاللها

الوحدات الشمسية

تسمح بنفاذ الضوء الخارجي

الوحدات الشمسية تكون إما ال تسمح بنفاذ الضوء من خاللهاOpaque Cells أو تكون شفافة Transparent

وتمتلك الوحدات الشمسية الشفافة وظيفتي توليد الطاقة الكهربائية وإمكانية النظر خاللهابسيطرة شمسية عالية فهي تمتلك خواص الوحدة الشمسية والنافذة مفتوحة المنظر التي تسمح

للضوء الطبيعي بالنفاذ للداخل. .وهي مالئمة للنوافذ واالضاءات السقفية تشبه الوحدات الشمسية نصف الشفافة بمظهرها الزجاج الملون بألوان رمادية أو زرقاء أو

سوداء او بلون بني

قطاع يوضح الوحدة الشمسية من حيث الشفافية أو التعتيم

ألواح شمسية شفافةألواح شمسية معتمة

()B.O.S(: Balance of System) ثانيا�: النظام الساند

Charge Controller وحدات الشحن 1(واح ل الطاقـة من األـل ة، يقيس نسـبة الطاقـة هو جهـاز يقـوم بتحوـي في الشمسـية إلى البطارـي

الشحن عندما تمتلئ البطاريات بالطاقة. البطارية، حيث يقوم بإيقاف عملية

Battery البطاريات 2(i اء فـترات ل وأثـن اء اللـي ك لالسـتفادة من الطاقـة أثـن ة وذـل ى وحـدات التخـزين للطاقـة الكهربـي

ة تكفى لالسـتهالك من زين طاـق درة 5-2اإلشـعاع الشمسـي الضـعيف ويمكن تـخ وم حسـب ـق ـياستيعاب كل بطارية للتخزين .

Inverterالمحول 3( يعرف أيضا باسم منظم القدرة وظيفته تغيير مواصفات الطاقة الناتجة من لمنظومة

الشمسية بحيث تتكيف مع مواصفات الطاقة التي تحتاجها األحمال حيث يقوم بتحويل القدرة من المنظومة الشمسية أو البطارية إلى األحمال.

إن العاكس الكهربائي هو المتحكم بتشغيل المنظومة الشمسية، فعند شروق الشمسيقوم بربط األلواح إلى باقي أجزاء المنظومة وعند غروبها يقوم بفصلها عن باقي األجزاء .

يقوم بتحويل التيار المستمر إلى تيار مترددA.C يمكن استخدامه حيث تعتمد معظم األجهزة في تشغيلها على التيار المتردد .

الهيكل الساند للمصفوفة الشمسية 4(ة ميالن األـلواح د زاوـي يـقوم بحـمل مجـموع األـلواح الشمـسية في المـصفوفة وـهو يـستخدم لتحدـيالشمسـية في الصـف الشمسـي، بعض الهياكـل السـاندة تكـون متحركـة وهـو مـا يعـرف

ة التعقب لإلشـعاع الشمسـي د او Tracking Systemبأنظـم ور واـح رك على مـح وهي تتـحمحورين .

أسالك التوصيل5(من األـمور اـلتي يجب االنتـباه لـها عـند تـصميم المنظوـمة هي مـسألة إخـفاء أـسالك التوـصيل. هـناك

عدة أساليب للتعامل مع أسالك التوصيل من قبل المصممين هي : ــدات ــلة بين الوحـ ــافات الفاصـ ــالك في المسـ ــاء األسـ إخفـ

الشمسيةإخفاء األسالك في الهيكل الساندأظهار األسالك بطرق تصميمية مبتكرة

PV ألواح شمسي

ة

Charg

er شاحن

Batte

ryخازن للطاقة

Inverter عاكس

DC DC

DC : مستمر تيار

AC: المنزلية األجهزة في لالستخدام يصلح تيار

DC ACالطاقة الشمسي

ة

شكل توضيحي لتوصيل نظام المساندة مع الوحدات الشمسية

يوضح مسار التيار مخطط توضيحيالكهربي بنوعيه الناتج عن الوحدات

الشمسية

230V

12V

س�نة وه�ذا أم�ر مش�جع ولكن 20 ييبل�غ العم�ر االفتراض�ي للخالي�ا الشمس�ية ح�والالبطاري�ات المس�تخدمة لتخ�زين الطاق�ة باإلض�افة إلى حاجته�ا للص�يانة الدوري�ة إال أنه��ا بحاج��ة إلى أن تس��تبدل ك��ل ع��ام ه��ذا باإلض��افة إلى ض��رورة االحتف��اظ

بالبطاريات في مكان خاص ومحاطة بجدار غير معدني وجيد التهوية.

البطاريات المستخدمة مع الخاليا الشمسية تختلف عن بطارية السيارة الن بطارية السيارة تفقد التيار بكمية كبيرة خالل وقت قصير لتوفير الطاقة الالزمة لتشغيل السيارة ولكن بطارية

الخاليا الشمسية تفقد التيار بكميات اقل وتعمل لمدة اكبر، وهناك نوعان من البطاريات: ، والنوع nickel-cadmium وبطاريات النيكل-كادميم lead-acidبطاريات أسيد الرصاص

األخير باهظ الثمن ولكن يدوم لفترة كبيرة ويمكن أن تفرغ البطارية طاقتها بالكامل بدون أن % من الطاقة المخزنة فقط.40يحصل لها ضرر في حين أن بطاريات أسيد الرصاص تزودك بـ

chargeويتم تثــبيت دائــرة كهربيــة تعمــل مــع البطاريــة تســمى المتحكم في الشــحن controller ووظيفتــه أن يقــوم بإيقــاف مــرور التيــار الكهــربي في البطاريــة إذا تم شــحنها

بالكامـل، وفي حالـة نقصـان الشـحن في البطاريـة فـإن دائـرة التحكم تسـمح للتيـار بإعـادة الشحن مرة أخرى وهكذا.  ة اـلتي ة الكهربـي ات اـلتي اـختزنت الطاـقة نإن الطاـق ا الشمـسية أو من البطارـي ا من الخالـي حـصل عليـه

بتـيار مـستمر وـهذا التـيار ال يـصلح لتـشغيل أجـهزة الـمنزل المختلـفة.  ـلذا يـتوجب تحوـيل ـناالكهربـية تزودــمى ــة تس ــرة الكتروني ــذا يتم من خالل دائ ــتردد وه ــربي م ــار كه ــتمر إلى تي ــربي المس ــار الكه التي

inverter  .

مخطط توضيحي لفكرة استغالل الخاليا الشمسية

لتزويد المنزل بالطاقة الكهربية وتخزينها في بطاريات

B.O.S شرح عمل النظام الساند

. خاليا الطاقة الشمسية المتكاملة 4((BIPVالمستخدمة في البناء

خاليا الطاقة الشمسية المتكاملة المستخدمة (BIPV)في البناء

هي عبارة عن مواد كهروضوئية تستخدم لتحل محل مواد البناء التقليدية في بعض أجزاء المبنى الخارجية مثل السقف ،المناور، أو الواجهات. فهي تدخل بشكل متزايد في تشييد

المباني الجديدة بوصفها المصدر الرئيسي أو اإلضافي لتوليد الطاقة الكهربائية، وكذلك BIPVقد تم تزويد بعض المباني القديمة بـ

ستخدم الطاقة الشمسية نستطيع انن لتوافرهاما هي المتطلبات التي يجب لتوليد الكهرباء؟

ليس كل سطح منزل لها االتجاه الصحيح والزاوية المطلوبة ألفضل استغالل ألشعة الشمس.  كما أن هناك اختالف ألفضل زاوية وأفضل توجيه للخاليا الشمسية بين فترتي الصباح والمساء

وكذلك بين فصلي الصيف والشتاء لتستطيع استغالل اكبر قدر من أشعة الشمس طوال العام. يجب أن يعترض سطح الخاليا الشمسية أي نوع من الظالل الناتجة عن المباني كما انه ال

المجاورة أو األشجار أو خالفه.  

شكل يوضح أفضل زاوية أللواح الخاليا الشمسية في الصيف والشتاء

: العوامل المؤثرة على كفاءة الخاليا الكهروضوئية- الظل :1

تؤثر الظالل بشكل مباشر على كمية الكهرباء المنتجة كذلك األتربة حيث يمكن أن تمر من الخلية مما يؤثر على كمية الطاقة الشمسية الساقطة عليها لذا من الضروري أن تكون نظم

الخاليا خالية من الظالل حيث يؤثر على إنتاج الطاقة ولكن التأثير يكون أكثر على الخاليا ذات الشرائح الرقيقة فعند إسقاط الظل على خلية واحده داخل الوحدة الكهروضوئية نجد تأثير

كبير على كفاءة الوحدة الكهروضوئية كلها.

ا الشمـسية يبقى أن بـعد ا الشمـسية المطلوـبة، نتحدـيد أفـضل توجـيه للخالـي ـعرف مـساحة الخالـيـمع العلم ـبان الطاـقة الكهربائـية اـلتي سنحـصل عليـها ـسوف تعتـمد بـشكل أساـسي على المـناخ

يمكن بــأي حــال من األحــوال التنبــؤ بــه ولهــذا فــإن هنــاك تغــير في مقــدار الطاقــة والــذي الاد ات األرـص دى محـط وفرة ـل ات المـت تعين بالبياـن ا أن نـس اخ ولكن بإمكانـن ة حـسب المـن الكهربائـيالجويــة الــتي يكــون لــديها معلومــات عن حالــة الجــو خالل العــام بمــا في ذلــك حالــة الغيــوم

الـحاالت اـلتي ـتؤثر على مـقدار الطاـقة الشمـسية أوالرطوـبة.  ومن ـهذه البياـنات يتم اتـخاذ أـسونزل من خالل ة للـم ة الالزـم ة الكهربـي دار الطاـق اب مـق ة.  وبحـس ة الكهربـي د الطاـق ة لتولـي الالزـماب وم بحـس وقت. يمكن ان نـق ادة في نفس اـل ل ـع تي تعـم ة اـل زة الكهربـي تهالك األجـه دير اـس تـق

عدد خاليا الفوتوفولتيك الالزمة لتوفير الكهرباء للمنزل. 

تعتبر نظم التهوية بالنسبة للخاليا المصنوعة من السيلكون البلوري مهمة جدا حيث تؤثر نظم التهوية والتبريد بشكل فعال على الكفاءة اإلنتاجية للطاقة حيث تتعلق بزيادة درجة الحرارة ولكن بالنسبة للخاليا الغير متبلورة والخاليا ذات الشرائح الرقيقة فان نظم التهوية ال تمثل

أهمية حيث ال تتأثر كفاءة توليد الطاقة بزيادة درجة الحرارة بنسبة كبيرة .

- نظم التبريد والتهوية :2

PVs الطاقة الناتجة عن خاليا بدون ظل

PVs الطاقة الناتجة عن بتظليل خلية واحدة فقط

P2=6.3W

P1=20.3W

0

1

0 10 155 20

منحنى يوضح تأثير الظلعلى كفاءة الخاليا

الشمسية

كيفية وضع المباني الستقطاب الطاقة

الشمسية صيفا� وشتاء�

تهوية جيدة تهوية سيئة بدون تهوية

100% 5% -10%

سم15 سم5 سم0

رسم توضيحي لتأثير التهوية و عزل الهواء على كفاءة الخاليا

وهذه الخاليا يمكن أن تحمي ضد تقلبات الطقس، وتوفير الظل للحماية من أشعة الشمس وكذلك الحماية من الرياح واألمطار. وبسبب كونها مقاومة كهربائية لذا فيمكنها

الحماية من البرق.

عندما يكون الطقس باردا )أو حارا(، فان الوحدات التي ال تخضع للتهوية تعمل بمثابة عزل حراري من خالل بناء شطيرة من الوحدات نفسها ومن خالل طبقة الهواء التي تتخلل هذه الوحدات، وكذا من خالل امتصاص األشعة التي يقوم بها السليكون البلوري وطبقة رقيقة

الخاليا الشمسية. وهذا يعني أن مقدار قليل من الطاقة تهدر من فقدان الحرارة من الداخل، وخفض تكاليف التدفئة و الحفاظ على درجة الحرارة في الداخل في الدرجة العادية.

مزايا وحدات الطاقة الشمسية المتكاملة : التكلفة األولية يمكن تخفيضها عن طريق تقليل مواد البناء واأليدي العاملة المستخدمة عند

BIPVبناء جزء من المبنى المستخدم فيه وحدات

وحدات BIPV جزءا ال يتجزأ من التصميم، فهم عموما يشكلون مزيجا أفضل وأكثر جاذبية من الناحية الجمالية من خيارات أخرى مختلفة للطاقة الشمسية

توفير الطاقة الكهربية المستخدمة في المباني والتي تكون عادة من مصادر غير متجددة

وحدات الطاقة الكهروضوئية يمكن دمجها مع غطاء البناء ما يسمى ب "الواجهة الغير مهواة "، سواء على المباني العامة مثل مجمعات المكاتب، ومباني اإلنتاج، ومراكز التسوق،

أو المدارس، وعلى المباني الخاصة مثل حدائق المنازل أو في الوحدات السكنية التي تشتمل على بلكونات. هذه الوحدات تحل محل المواد التقليدية في األبنية الجديدة وخلق أجواء

معتدلة داخلها علي مدار السنة.

ويتم استخدام خاليا الطاقة الكهروضوئية في األجزاء الخارجية للمبنى لتحل محل مواد في التسقيف قد BIPVالبناء التقليدية وعمليات البناء. على سبيل المثال باستخدام نظام

يحل محل التسقيف باستخدام المعدن والخشب أو باستخدام ألواح الزفت التقليدية.

باستخدام الخاليا الكهروضوئية ألنظمة المناور في مدخل القاعات، أو االباحات أو غيرها من األماكن، يمكن أن يحقق فائدة اقتصادية لنظام استخدام الطاقة الشمسية باإلضافة إلي

بان قدرتها علي الشفافية يمكن أن BIPVالحصول علي معلم مثير في تصميمه. وتتميز خاليا تتنوع

حسب الرغبة ،بحيث يمكن لهذه الوحدات توفير الظل أو أن تكون شبه شفافة.

وحدات بناء الطاقة الضوئية المتكاملة لها أشكال متعددة

العوامل التي يجب مراعاتها عند تصميم وحدات الطاقة الشمسية لألسقف : في حالة توزيع الوحدات على أكثر من مجموعة يراعى دراسة الظالل حتى ال تلقى

بالظالل على نفسها يراعى أن يكون السقف سهل الوصول إليه لسهولة عمليات الصيانة الدورية .•يراعى توفير أماكن للبطاريات وحفظها من العوامل الجوية المختلفة .•يراعى تالفى سقوط ظالل على الوحدات الفوتوفولتية من أي مبنى مجاور أو عناصر •

.عالية كاألبراج أو األشجاراألسقف األفقية :1.

هناك عدة طرق مختلفة لتكامل األلواح الشمسية مع األسطح األفقية:

.I:الوحدات الشمسية المائلة المصممة لألسطح األفقيةهي عبارة عن ألواح مائلة بزاوية ثابتة، تثبت على هياكل حاملة وتثبت الهياكل بدورها

على األسطح ..II:الوحدات الشمسية العازلة للحرارة ذات الوضع األفقي

تمتاز بعض أنواع األلواح الشمسية باحتوائها على مواد خاصة للعزل الحراري تكون من ضمن الوحدة الشمسية فهي تساعد على زيادة العزل الحراري للمبنى بسبب المادة

� في األسطح األفقية ومن الممكن أن العازلة التي تحويها. يستخدم هذا النوع غالبا¹خدم في األسطح المائلة أيضا كما انه يستخدم في أعادة تأهيل يستاألسطح القديمة ألنه ال يحتاج إلى طرق تثبيت ميكانيكيه معقدة .

تتعرض السطوح األفقية في المباني لتأثير اإلشعاع الشمسي في فصل الصيف بنسبة أكبر من الجدران معظم األحيان العمودية للمبنى تكون األلواح الشمسية المتكاملة مع األسطح األفقية

غير ظاهرة في الشكل الخارجي ولكن يمكن أن يظهر تأثيرها في الفراغات الداخلية عند استخدام النصف الشفافة منها في تسقيف الفراغات أو في األسطح المسننة. تستطيع األسطح

األفقية أن تقدمامكانيه جيدة لتوفير المساحة المطلوبة لتركيب المنظومات الشمسية

أوال : األسقف :.Iاألسقف األفقية

.IIاألسقف المائلة.III األسطح المنحنية

.III وحدات شمسية تستعمل كإضاءة سقفية طبيعيةSkylight: تستخدم لتغطية الفراغات الكبيرة باألسطح األفقية أو األسطح المسننة.•عند استخدام األسطح المسننة يتم وضع األلواح الشمسية بالتوجه الذي يستقبل •

اكبر كمية ممكنة من الطاقة الشمسية وهو غالبا ما يكون التوجه الجنوبي بينما تفتح الجهة الشمالية الستقبال اإلضاءة الطبيعية، ولذلك يتم توجيه السقوف المنحدرة ذات المساحة السطحية األكبر باتجاه الجنوب والسقوف المنحدرة

األصغر توجه نحو الشمال .أما عند استخدام السطوح األفقية فيتم استخدام األلواح الشمسية الشفافة أو •

النصف شفافة للسماح بدخول اإلضاءة النهارية. في هذه الحالة يظهر تأثير هذا النوع في التصميم الداخلي، وبشكل خاص في األفنية الوسطية والبهو الرئيس

(Atriums.عند استخدام الزجاج المزدوج الطبقات في تكوينها).IV) الوحدات الشمسية المصممة لحدائق األسطح : )البرجوالت

حيث يرتفع cm 40وهي وحدات ذات هياكل مائلة ثابتة مقاومة للصدأ، يصمم الهيكل عن األرض بمسافة للسماح بنمو األعشاب ويتم وضع لوح معدني يدفن تحت

طبقة خفيفة من التربة لتثبت هياكل األلواح الشمسية عليه فيكون الهيكل الحامل مع الوحدة الشمسية هو ما يظهر فقط فوق سطح األرض .

رسومات توضيحية للوحدات الشمسية فوق األسطح األفقية و زوايا تثبيتها

الوحدات الشمسية المائلة المصممة لألسطح األفقية

الوحدات الشمسية العازلة للحرارة ذات الوضع األفقي

الوحدات الشمسية المصممة لحدائق األسطح )البرجوالت (

وحدات شمسية تستعمل كإضاءة سقفية Skylightطبيعية

PVs وحدات شفافة من خاليا

PVs خاليا شفافة من

PVs خاليا معتمة من

زجاج عادي

يالئم هذا النوع األسطح المتجهة نحو الجنوب أو الجنوب الغربي، وهذا ال يعني عدم إمكانية وضعالوحدات الشمسية على التوجهات األخرى، إال أن القرار التصميمي األمثل يكون بأحد هذين

التوجهين ألنهما األكفأ في استالم اإلشعاع الشمسي المباشر الذي تعتمد عليه الوحدات الشمسية في توليد الطاقة.

يمتاز هذا النوع بإمكانية تثبيت الوحدات الشمسية من دون الحاجة إلى استخدام الهياكل المائلةالمستخدمة في األسطح األفقية، كما أن األسطح المائلة تسهل عملية تنظيف الوحدات وتمنع

تجمع المياه عليها ويفضل أن ال يكون هناك مسافات فاصلة بين الصفوف الشمسية لمنع تجمع األتربة أو أوراق األشجار أو الثلوج.

الطرق المختلفة لتكامل الوحدات الشمسية مع األسطح المائلة هي:.I تضاف الوحدات الشمسية إلى السطح المائل بهيئة وحدات تعوض عن مواد

اإلنهاء األصلية لألسطح: الوحدات الشمسية المستخدمة في هذا النوع لها صفات مواد اإلنهاء االعتيادية من

تحمل للظروف الجوية والعزل الصوتي ومقاومة المياه باإلضافة إلى توليده للطاقة وتكون الجهة الخلفية للوحدات الشمسية هي سقف الفضاء الداخلي، لذلك يتم االعتناء بمظهر القطع الواقعة على جهة الفراغات الداخلية. تكون هذه األلواح خفيفة الوزن، ومن الممكن أن تكون من النوع نصف الشفاف لتسمح بدخول

Transparent Cells اإلضاءة الطبيعية للفضاء، أو أن تكون معتمة Opaque Cells

الوحدات الشمسية أحيانا إلى عملية تهوية األسطح الداخلية لها لتقليل درجةالحرارة المحيطة بها، لذلك تستند بعض طرق التكامل مع المنظومات الشمسية على آليات االستفادة من هذه الحرارة في الفترات الباردة. قبل إضافة الوحدات

تتم إضافة مقاطع من الحديد أو األلمنيوم لتشكل الشبكة التي سيتم تثبيتها عليها، أما التوصيالت الكهربائية فتكون مخفية ضمن المقاطع الهيكلية الحاملة للوحدات

الشمسية. تنقسم السقوف المائلة الحاملة للوحدات الشمسية إلى نوعين تبعا لطريقة البناء، فالسقف إما يتم تشييده في الموقع ثم تثبت عليه الوحدات

الشمسية أو أن يكون السقف مع الوحدات الشمسية مسبق الصنع . إن استخدام المنظومات الشمسية كوحدات لإلنهاء خارجية سيعوض عن المواد

البنائية المستخدمة للسطوح وهذا يتماشى مع استراتيجيات تقليل الكلف للمباني الكفوءة للطاقة .

األسقف المائلة 2(:

.II:تضاف الوحدات الشمسية لألسطح المائلة فوق مواد اإلنهاء الخارجيةيتم تثبيت الوحدات الشمسي المعتمة على مواد اإلنهاء التي هي سقف للفضاء الداخلي

وبهذا تكون األساس الذي ستستند عليه الوحدات. وهناك طريقتين للتكامل فالوحدات الشمسية إما أن تثبت مباشرة على ألواح بنائيه أو يتم ترك مسافة بين ألواح السقف والوحدات الشمسية عن طريق مد مقاطع من األلمنيوم أو الحديد

بشكل عمودي عليها لتوضع فوقها وتوفر الطريقة الثانية التهوية للوحدات الشمسية من األسفل، فالخاليا الشمسية أحادية التبلور تؤدي عملها بشكل أكفأ عند توفر التهوية ولذلك يكون من األفضل فصلها عن السطح لتحسين مستوى

أدائها. وهذا يزيد من العزل الحراري للسقف ..III:تضاف الوحدات الشمسية ضمن مواد اإلنهاء التقليدية للسطح

عبارة عن قطع صغيرة الحجم وهي BIPVتعتبر احد الحقول المهمة للنظام التكاملي PV( )Shingles :تكون على نوعين , وحدات شمسية صغيره يتم تثبيتها مع مواد اإلنهاء الخارجية

أو تكون مصنعة من ضمن الوحدة الواحدة أي مع مادة اإلنهاء التقليدية.إن العديد من التطورات الجديدة تم طرحها

لألسواق العالمية من هذا النوع، وأحد األمور المهمة هو مظهرها الجمالي وسهولة التصميم وخفة الوزن في الوقت نفسه. وهي تتنوع بين الوحدات صغيرة الحجم، والوحدات

, أو وحدات مق¹واه Laminated PVsمتعددة الصفائح Reinforced Fiber Plates.

على األسقفPVS شكل توضيحي ألماكن تثبيت

مالحظات :في الحلول المتاحة في السقف المائل يمكن استغالل السقف بتوجيه ميوله ناحية الجنوب •

وبزاوية ميل على االفقى تساوى الزاوية المطلوبة لوحدات الخاليا الفوتوفولتية .يمكن تقسيم السقف إلى عدة وحدات مائلة لتوزيع اكبر كمية من وحدات الخاليا •

الفوتوفولتية عليه.يمكن استغالل السقف المائل في عمل العزل الحراري المتاح .•يمكن توجيه الميول للسقف بشكل منعزل عن توجيه المبنى .•

على األسقفPVS مناظير وقطاعات توضح أماكن تثبيت

Pv CellPv Cell

عازل للحرارة

وحدات التحويل و التخزين

ضمن مواد التشطيب لألسطح المائلةPVs قطاع رأسي يوضح

أشعة الشمس

PVs فوق مادة التشطيب

عازل للسقف

حركة الهواء تحت PVs وحدة

تعمل على التبريد

سقف مائل

مواد التشطيب األساسية

الهيكل اإلنشائي للمبنى

منفذ يدعم استمرارية تدفق

الهواء

فراغ يسمح بمرور الهواء

مثبتة فوق مواد التشطيب PVs قطاع رأسي يوضح لألسطح المائلة

وحدات شمسية للسطح المائل تضاف

ضمن مواد التشطيب األصلية

وحدات شمسية للسطح المائلتغني عن مواد التشطيب األصلية

وحدات شمسية للسطح المائل

توضع فوق مواد التشطيب األصلية

:األسطح المنحنية3(

(باستخدام تقنية Fold away )توفر الوحدات الشمسية إمكانية التصميم لألسطح المطوية وتكون Curved Surfacesواألسطح المنحنية Thin Filmالوحدات الشمسية الرقيقة

بنوعين: .I تطبيقات الوحدات الشمسية الرفيعةThin Film PVs:

هو نوع من الوحدات الشمسية يتصف بمرونته و قابليته على الطي .من الممكن أن يحل محل مواد اإلنهاء الخارجية التقليدية وهو خفيف الوزن،

عازل جيدللماء ولذلك يفضل استخدامه في الدول ذات المناخ الممطر.

له أيضا تطبيقات على السطوح المائلة واألفقية. م من الممكن أن 1.5يتوفر بهيئة وحدات بأبعاد محدده أو بهيئة لفائف مدورة

م ، يكون بلون ازرق غامق, وبعض األنواع يكون لها 12يصل عرضها إلى ميزة عكس ألوان الطيف الشمسي بصورة خفيفة عند سقوط أشعة

الشمس المباشرة عليه ..II : األسطح المقوسة

من الممكن أن يتم تصميم األسطح المقوسة باستخدام الوحدات الشمسية التقليدية بترتيبها بشكل مقوس .

PVs منظور يوضح نظام المستخدم في

التغطيات المقوسة

خلية مرنة معتمة

PVs قطاع يوضح نظام المستخدم في

التغطيات المقوسة

الوحدات الشمسية الرفيعة Thin Film PVs

الوحدات الشمسية المقوسة

صورة توضيحية ألنواع الوحدات الشمسية من حيث المرونة

ثانيا : الواجهات :

تكون األلواح الشمسية المتكاملة مع واجهات المباني واضحة بصورة اكبر من أنواع التكامل �خرى، يمكن استغالل مساحات كبيرة من هذه الواجهات الستثمارها في توليد الطاقة عندما األ

تكون ضمن التوجه الصحيح. الواجهات تكون معرضة في بعض األحيان للتظليل لفترات أطول مما تتعرض له األسطح

األخرى لذلك فأن تقييم االستفادة من توظيف المنظومات يعتمد على مقدار ما يتوفر من مساحة سطحية على التوجهات المختلفة لواجهات المبنى ومقدار ما تستلمه من إشعاع

شمسي ضمن مناخ اإلقليم . تستطيع الوحدات الشمسية أن تحل محل مواد اإلنهاء الخارجية المستخدمة في الواجهات

وتتكامل معها لذا فان من المواصفات المهمة للوحدات الشمسية المستخدمة في الواجهات هو المظهر العام الذي يجب أن يكون مقبول معماريا .

كما ينبغي أن تكون الوحدات المستخدمة في الواجهات مقاومة للحرائق وصلبه وذات متانة عاليه لحمايتها من التخريب وفي الوحدات المؤطرة يفضل استخدام مواد خفيفة الوزن ذات

اطر مصنوعة من مواد متينة. تتكامل الوحدات الشمسية مع واجهات المباني بأي عدد من الوحدات في الصف الواحد ومن الممكن أن يكون هناك أي عدد من الصفوف .

وفي المباني العالية ذات المساحات السطحية الكبيرة يفضل أن يكون هناك مسافة فاصلة 8وأن يكون هناك مسافة فاصلة بين كل Raw وحدة شمسية في الصف الواحد 16بين كل

, وهذا في حالة استعمال وحدات كبيرة الحجم Columnوحدات شمسية في الوضع العمودي م .3.2م*2التي تصل أبعادها إلى

بالنسبة لمباني المكاتب متعددة الطوابق الفخمة والتي عادة ما يتم استخدام تغليف غالي الثمن لها فان استخدام تغليف يعتمد على األلواح الشمسية غالبا اليكون مكلف أكثر من

استخدام المواد غالية الثمن والمشاع استخدامها مثل مواد الحجر الطبيعي أو قطع من المرمر أو أنواع معينة من

الزجاج .

هناك عدة طرق لتكامل الوحدات الشمسية مع الواجهات هي :

.I. الجدران الستائرية.II.الجدران العمودية ذات الكساء الخارجي

.III. واجهات بجدران مائلة

.IV. الجدران ذات األشكال المنحنيةمن الممكن توظيف الوحدات الشمسية لتشكيل واجهات ذات أشكال منحنية .

.V: تكامل الوحدات الشمسية ضمن التفاصيل المعماريةإحدى الطرق الفعالة في تكامل الوحدات الشمسية مع الشكل هي أن تحل محل عناصر التظليل.

هناك عدة طرق لتكامل األلواح الشمسية مع أدوات التظليل هي:المانعات الشمسية الثابتة والمتحركة.1.تفاصيل تظليل المسقفات .2. .Facades- Vertical fixturesتفاصيل عموديه في الواجهات 3.

واجهه من األلواح الشمسية المنحنية

في الواجهة ذات PVsقطاعات توضح تعدد تركيب الكساء العمودي

.I: الجدران الستائريةهي الواجهات المتكاملة مع الوحدات الشمسية وعادة

تكون معرضة للتهوية. تكون مناسبة للحلول التصميمية المتكاملة مع الوحدات الشمسية من نوع

Mono crystalline Silicon من الممكن أنيتم بناء هياكل باستخدام أنظمة تغليف عالية التطوير ومن الممكن تضمينها بأنواع مختلفة من األلواح مثل

استخدام الوحدات الشمسية المزججة أو المؤطرة أو غير المؤطرة ويتم استخدام مواد ربط )حشوات( ما

بين الفراغات إلغالق الفجوات.

Curtain wall type

خلية معتمةخلية شبه شفافة

زجاج عادي

خلية معتمة

خلية شبه شفافة

زجاج عاديخلية معتمةزجاج عادي

منظور يوضح تركيب PVs في الواجهة ذات

الكساء العمودي

Sloped Wall type

PVs حائط مائل من60بزاوية

.III : واجهات بجدران مائلةأما أن يكون الجدار المائل هو جدار ستائري مضاف، أو أن يكون جدار المبنى نفسه مائال وتثبت عليه

الوحدات الشمسية ككساء خارجي. يعتبر هذا النوع من أكثر الحلول العملية إلستحصال اكبر مساحة سطحية ممكنه وهي تؤثر في أشكال

الفضاءات الداخلية.

خلية معتمةخلية شفافةزجاج عادي

PVs حائط مائل منيحتوي خاليا معتمةوخاليا شفافة معا

80بزاوية

PVs حائط مائل منيحتوي خاليا معتمة فقط

80بزاوية

خلية معتمةخلية شفافة

زجاج عادي

بزاوية PV كساء خارجي مائل من 70

Vertical wall type

.II:الجدران العمودية ذات الكساء الخارجي تغطي األلواح الشمسية واجهة المبنى بأكملها أو جزء

¿ون طبقة ثانية على طبقة أولى داخلية تحتوي منهاوأحيانا تكعلى مواد عازلة ويراعى فيها استخدام مواد مانعة لتسرب

المياه لمنع حدوث التكثف، وينبغي أن تكون هذه الطبقة محكمة السد والفراغات الهوائية فيها تكون مغلقة.

إن الواجهات غير المعرضة للتهوية تعتمد على أنواع الخاليا , Amorphousالتي تتحمل محيط بدرجة حرارة عالية مثل

Poly Crystalline Silicon , احد طرق كساء الواجهات هي أن توضع مقاطع من

األلمنيوم على الواجهة لتستند عليها الوحدات الشمسية أو أن تكون المقاطع مثبتة مسبقا على الوحدات وفي هذه

الحالة تكون الوحدات الشمسية معرضة للتهوية .

PVs حائط عمودي من خاليا يحتوي على وحدات شفافة

ووحدات زجاجية

منظور يوضح حائط عمودي PVs من

قطاع رأسي

Sun shade typeالمانعات الشمسية الثابتة والمتحركة:1.

هي عناصر معمارية بهيئة ألواح أو شرائح طولية مدمجة تثبت خارج النوافذ وتكون

باتجاهين أفقي لصد اإلشعاع عالي الزاوية وعمودي لصد اإلشعاع واطئ الزاوية .

ومن الممكن أن تثبت الوحدات الشمسية عليها أو أن تحل محلها، هناك ترابط منطقي بين تظليل المباني في

الصيف وإنتاج الطاقة . تعمل المانعات الشمسية على منع دخول أشعة الشمس

المباشرة للفضاءات كما أنها تعمل على تزويد الطاقة Passive Systemللمبنى لذلك هي تعمل كنظام ذاتي

في الوقت نفسه Active Systemونظام فعال وبوظيفتين متوافقتين في االتجاه والهدف األساس، توضع

الهياكل الحاملة أمام الواجهات الزجاجية للمباني فتكون ظاهرة على الواجهات ولذلك من المهم أن تكون بلون

متوافق معها .

PVs كاسرات شمسية من مكونة من خاليا معتمة ومثبتة

بالحائط العمودي للواجهة

PVs قطاع يوضح خاليا للكاسرات الشمسية

ومقدار الظل الذي توفره

كاسرات مثبتة

كاسرات متحركة

تفاصيل تظليل المسقفات : 2.هي مظالت معتمة أو نصف شفافة تسقف مواقف السيارات أو مداخل المباني

تظلل ممرات الحركة حيث تتم االستفادة من هياكل المسقفات إلضافة الوحدات الشمسية كألواح للتسقيف بدل من مواد التسقيف التقليدية .

في الواجهات ذات PV فطاعات توضح نظام التفاصيل المائلة و كذلك النظام الساند لها

:Facades- Vertical fixturesتفاصيل عموديه في الواجهات 3.إما تكون ستائر تحيط باألسطح االفقيه للمباني أو تكون بهيئة شرفات على

الواجهات العمودية أو يتم تثبيتها على إفريز المبنى الخارجي أو أن تثبت بشكل عمودي بوضعها ضمن الستائر ذات االرتفاع العالي في المباني أو على أي نوع

من أنواع السطوح العمودية.

Vertical elementstype

Window Panel type

Panel type

Balcony types

(A )Balcony type

(B)Balcony type

(C)Balcony type

في حالة استخدام وحدات الطاقة من الخاليا الفوتوفولتية على شكل قطع مكافئ تزيد •من فرص استقبالها ألشعة الشمس وفى هذه الحالة يراعى المعماري بعض الحلول التي

تتوافق مع شكل القطع المكافئ . تتبع الشمس تزيد كفاءة الطاقة (Sun Tracking)وفى حالة استخدام أنظمة •

% عن األنظمة الثابتة . وكذلك الحال في حالة استخدام أنظمة 33المتجددة بنسبة .Concentratorمركزة ألشعة الشمس عن طريق العدسات وتسمى

قطع المكافئال ثالثا :

قطاع يوضح خاليا القطع المكافئ الكهروضوئية

. دراسة تحليلية ألمثلة تم تطبيق 5النظام الشمسي في إنشائها

اسم المشروع 4 Times SquareThoreau Center

for Sustainability

State University of New York, Albany

موقع المشروع

Broadway and 42nd Street, New

York City, New York

Presidio National Park, Building

1016, San Francisco, California

Albany, New York

تاريخ انتهاء التنفيذ

September 1999 May 1996 Summer 1996

المصمم Fox & Fowle, PVs Eng:FTL/Happold

Tanner, Leddy, Maytum, Stacy

Cannon ArchitectsSolar Design

Associates, Inc.

نوع النظام الشمسي

Curtain wallBIPV glass laminate

Roof-integrated, translucent glass-laminate skylight

photovoltaic sunshade

PVs مساحة 3,095 ft2 215 ft2 1,500 ft2

PVs وزن 13.5 lb/ft2 8 lb/ft2 1.93 lb / ft2

PVs نوع خلية Amorphous silicon

Polycrystalline silicon

Polycrystalline silicon

الطاقة الكهربية الناتجة 13,800 kWh/yr 716.4 kWh/yr/AC 19,710 kWh / yr.

خلية كفاءةPVs Module 6%

11% cell, 7% module

12%

عدد وقدرة المحول

Three inverters ;two 6 kW ,one 4

kW4 kW AES 250 watt

وصف PVs

PV وضع موديول •بحيث يحل مكان

إطارات الزجاج للكساء الخارجي للواجهة

الجنوبية و الشرقية للبرج

يوجد ثالث أبعاد •مختلفة للموديول

ولكنها مطابقة ألبعاد اإلطارات

تم إنشائها مسبقا •

من PVs يتكون •شريحة زجاجية .24

المسافة بين خاليا •الموديول تسمح بمرور

% من أشعة الشمس 17لتقليل استخدام الضوء

الكهربي 36الموديول يتكون من •

Polycrystallineخلية من silicon

وضعت الخلية على لوحة •خلفية شفافة مطلية

بالبوليستلر 94*81أبعاد الموديول •

سم

استخدم نوعان من •تكوينات النظام الشمسي .

النظام الشمسي •للكاسرات الشمسية ،

موديول .120يتكون من وصل كل زوج بمحول •

داخل المبنى أما التكوين الشمسي اآلخر • land scap يتكون من

موديول .240وضع محول صغير على •

الجانب السفلي لكل زوج

صورة مشروع

curtain wall typeRoof and skylight

type Sun shaded type

مراجع البحث

مجلة زيرو ون األردنية.............................................العدد 1.(23/4/2007)

Photovoltaics and Architecture ..................... Randall Thomas كتاب 2.Max Fordham & Partners

www.ar.wikipedia.orgموقع موسوعة المعرفة .......................... 3.

.......إحسان 2010 / 11 ، العدد28مجلة الهندسة والتكنولوجيا، المجلد 4.علي الجادري & د. يونس محمود محمد سليم

.5Photovoltaics in architecture ......... www.pvnord.org

.6Energy and Building Design ...... Maria Wall..... Lund University, Sweden

.7 kiss Cathcart Anders ………..Building-Integrated Photovoltaics

.8Building-Integrated Photovoltaics for Commercial and Institutional Structures .......................... Patrina Eiffert, Ph.D. /Gregory J. Kiss

.9Introduction to Photovoltaic Systems ......... www.InfinitePower.org

تطور الخاليا الكهروضوئية في التسعينات دراسة مقارنة........... أسامة 10.العاني، محمد الصالح سميعي، صالح العواجي......... معهد بحوث الطاقة

مدينة الملك عبدالعزيز للعلوم والتقنية