مبدأ عمل ألواح الطاقة الشمسية

الخلايا الشمسية

الخلية الشمسية أو الضوئية أو الكهروضوئية كان يطلق عليها في الأيام الأولى من صناعتها البطارية الشمسية ولكن الآن أصبح لها معنى مختلف تمامًا، وهي عبارة عن جهاز وأداة على شكل خلايا مرصوفة بجانب بعضها البعض تحول أشعة الشمس مباشرة إلى طاقة كهربائية مستغلًا التأثير الضوئي الجهدي، واستُخدِمت الخلايا الشمسية منذ عشرات السنين، حيث أنها تعمل في الأقمار الصناعية.^[١]، ويتم تصنيع الغالبية العظمى من الخلايا الشمسية من مادة السيليكون، وعلى عكس البطاريات أو خلايا الوقود فإن الخلايا الشمسية لا تستخدم التفاعلات الكيميائية أو الوقود لإنتاج الطاقة الكهربائية، وأيضًا ليس لديها أي جزء متحرك مثل المولدات الكهربائية، وسيتحدث هذا المقال عن ألواح الطاقة الشمسية.^[٢].

مكونــات الألواح الشمســية

تتكون الألواح الشمسية من عدد من الخلايا الشمسية الفردية، حيث أن خصائص هذه الخلايا تُحدد القدرة الكلية للوحة بأكملها، وتُقاس الطاقة الكهربائية التي تولدها الألواح الشمسية بالواط حيث تحتوي كل لوحة شمسية على تصنيف مدرج للواط الناتج استنادًا لكمية الطاقة التي خرجت منها في ظل ظروف ضوء الشمس وكمية الحرارة.^[٣]، وبالرغم أن أنواع وأشكال الطاقة الشمسية مختلفة، لكن هنالك مكون أساسي مشترك بينهم جميعاً وهو السيليكون، وتوجد هنالك العديد من التقنيات لكن الغالبية العظمى تستخدم السيليكون، حيث تتكون الخلايا الشمسية من ترابط خلايا السيليكون المنتجة للطاقة الكهربائية، ولكن تختلف كل خلية عن غيرها في طريقة تشكيل السيليكون ودرجة نقائه، ويُعتبر السيليكون موردًا وفيرًا على الأرض لكن المعالجة التي تتم لتحويلها إلى خلية شمسية ليس سهلة وليست بشيء يمكن للشخص العادي القيام به، وحديثًا ظهرت مواد جديدة تُستخدم في صناعة ألواح الطاقة الشمسية وتُنافس السيليكون من حيث الكفاءة والتكلفة.^[٤]

مبدأ عمل ألواح الطاقة الشمسية

تُعتبر ألواح الطاقة الشمسية مصدرًا بديلًا واعدًا للطاقة لعدة عقود، حيث تعمل لوحة شمسية من خلال السماح للفوتونات أو جزيئات الضوء بضرب الإلكترونات الخالية من الذرات، مما يولد تدفق للكهرباء حيث تضم الألواح الشمسية في الواقع العديد من الوحدات الصغيرة التي تُسمى الخلايا الضوئية وتعمل هذه الخلايا على تحويل ضوء الشمس إلى كهرباء وهذا هو المبدأ الأساسي لعمل الألواح الشمسية، وتحتاج الخلايا الشمسية إلى مجال مغناطيسي حتى تعمل وينشأ هذا المجال نظرًا لاختلاف الأقطاب فمنها الموجبة ومنها السالبة، وتقوم الشركات الصانعة للخلايا الشمسية بإضافة مواد أخرى للسيليكون مما يعطي كل لوح شحنة كهربائية مختلفة موجبة أو سالبة، وعلى وجه التحديد يضيفون الفوسفور في الطبقة العليا من السيليكون مما يضيف إلكترونات إضافية ذات شحنة سالبة إلى تلك الطبقة، أما بالنسبة للطبقة السفلية فيتم إضافة البورون مما ينتج عنه إلكترونات أقل فتصبح شحنة الطبقة موجبة، واختلاف الشحنات بين الطبقتين ينتج فرق في الجهد والتيار فتنتج طاقة كهربائية.^[٥]

خصائص الخلايا الشمسية

يعتمد مقدار الطاقة الصادرة من الخلايا الشمسية على الجهد والتيار اللذين تولدهما الخلايا الفردية، حيث أن الجهد هو فرق الجهد بين نقطتين ويتم قياسه بالفولت، والتيار هو قياس تدفق الشحنة الكهربائية عبر منطقة معينة ويتم قياسه بالأمبير، وتولد الخلية الشمسية السيليكونية النموذجية ما بين 0.5 و 0.6 فولت حيث يختلف الإنتاج تبعًا لحجم الخلية، وبشكل عام فإن خلايا السيليكون النموذجية النتاجة تجاريًا تُنتج تيارًا يتراوح بين 28 و 35 مللي أمبير لكل سنتيمتر مربع، ويمكن زيادة التيار والجهد عند تجميع مجموعة من الخلايا مع بعضها البعض.^[٦]

فوائـد الطاقة الشمسية

تمتلك الطاقة الشمسية الكثير من المميزات التي جعلتها عنصرًا هامًا في الكثير من المجالات والاستخدامات والاستعمالات المختلفة وفوائد الطاقة الشمسية كثيرة سواء كانت مادية أو بيئية ومن هذه الفوائد:^[٧]

• التوفير الكبير في قيمة فاتورة استهلاك الكهرباء.
• يساعد بالتقليل من التلوث.
• تعد استثمارًا آمنًا ومضمونًا.
• تعتبر الطاقة الشمسية مصدر متجدد للطاقة على عكس الوقود الأحفوري.
• زيادة القيمة المادية للمنزل أو المكان الذي يستخدم الطاقة الشمسية .
• تستخدم الألواح الشمسية الخلايا الكهروضوئية لإنتاج الكهرباء وبالتالي سيتيح لنا ذلك التخلي عن شبكة الكهرباء العامة.
• تُستخدم في تسخين المياه والتدفئة.

وهذا ليس إلا بعض من فوائد الطاقة الشمسية، حيث يوجد الكثير من الفوائد، سواء بيئيًا أو اقتصاديًا،حيث أن تكلفة الألواح الشمسية تتناقص مع تطور تقنيات الطاقة الشمسية وتزداد كفاءتها، وما يزال التقدم في تكنولوجيا الطاقة الشمسية مستمرًا لجعلها أكثر فاعلية من الناحية الاقتصادية، بالإضافة إلى الانخفاض في تكلفة تركيب مستلزمات الطاقة الشمسية وذلك سيجعل الطاقة الشمسية تستمر في الانخفاض لتصبح قريبة من تكلفة الكهرباء التقليدية أو المنتجة من الوقود الأحفوري، ولكن يجب دراسة موضوع تركيب الألواح الشمسية جيدًا قبل تركيبها والاستعانة بأخصائيين لتركيب الألواح وأخذ جميع القياسات بشكل صحيح ودقيق لكي لا تحدث أي أخطاء على المدى البعيد.

المراجع

1. ↑ "Solar energy", britannica.com, Retrieved 3.5.2019.
2. ↑ "Solar cell", www.britannica.com, Retrieved 24.6.2019. Edited.
3. ↑ "The Output Watts of Solar Panels", sciencing.com, Retrieved 20.6.2019. Edited.
4. ↑ "What is the main part of solar panels? And is it even possible to make good solar panels with daily use objects?", www.quora.com, Retrieved 20.6.2019. Edited.
5. ↑ "How Do Solar Panels Work?", www.livescience.com, Retrieved 24.6.2019. Edited.
6. ↑ "The Output Watts of Solar Panels", sciencing.com, Retrieved 20.6.2019. Edited.
7. ↑ "Top 10 Benefits of Going Solar", energyinformative.org, Retrieved 3.5.2019.