دليل شامل عن خلايا الطاقة الشمسية

خلايا الطاقة الشمسية هي الوحدة الأساسية المستخدمة للاستفادة من الطاقة الشمسية والتي يتم من خلالها الحصول على الطاقة، في هذا الموضوع نشرح لكم أكثر تعريف خلايا الطاقة الشمسية ومكوناتها واستخدامتها وكل ما يمكنك معرفته عنها.

تعرف على دليل كامل عن أسعار الألواح الشمسية

ما هي خلايا الطاقة الشمسية

الخلايا الشمسية أو الخلايا الكهروضوئية (PV) عبارة عن جهاز يتكون من مواد شبه موصلة مثل السيليكون وزرنيخ الغاليوم وكادميوم تيلورايد، وغيرهم من المواد شبه الموصلة، والذي تقوم بتحويل ضوء الشمس مباشرة إلى كهرباء. عندما تمتص الخلايا الشمسية ضوء الشمس، يتم إنشاء إلكترونات وثقوب حرة عند التقاطعات الإيجابية / السلبية إذا كانت الوصلات الإيجابية والسلبية للخلية الشمسية متصلة بالمعدات الكهربائية DC، ثم يتم تسليم التيار لتشغيل المعدات الكهربائية.

أنواع الخلايا الشمسية

هناك ثلاثة أنواع رئيسية من الخلايا المصنفة حسب تقنية التصنيع وأشباه الموصلات.

أنواع خلايا الطاقة الشمسية

هناك عدة أنواع من خلايا الطاقة الشمسية ولكل منهن مميزات واستخدامات معينة لتناسب جميع الاحتياجات، في ما يلي نوضح لكم أنواع خلايا الطاقة الشمسية ومميزات كل واحدة..

1- الوحدة البلورية من السيليكون البلوري: يتم استخدام نوعين من السيليكون البلوري (c-Si) لإنتاج الوحدة الكهروضوئية، السليكون البلوري المفرد أو المعروف بالسيليكون أحادي البلورية والسيليكون المتعدد البلوري، والذي يسمى أيضًا السيليكون متعدد البلورات.

تتميز الوحدة الكهروضوئية المصنوعة من السيليكون متعدد البلورات بكفاءة تحويل أقل من الوحدة الكهروضوئية المصنوعة من السيليكون البلوري الفردي ولكن كلاهما يتمتعان بكفاءات تحويل عالية تبلغ في المتوسط ​​حوالي 10-12 ٪.

2- الوحدة الكهروضوئية من السيليكون غير المتبلور: الوحدة الكهروضوئية من السيليكون غير المتبلور (a-Si) أو الوحدة الكهروضوئية من السيليكون الرقيق تمتص الضوء بشكل أكثر فعالية من الوحدة الكهروضوئية من السيليكون البلوري، لذلك يمكن جعلها أرق.

يناسب أي تطبيقات غير مطلوبة فيها الكفاءة العالية والتكلفة المنخفضة مهمة. الكفاءة النموذجية للوحدة الكهروضوئية السليكونية غير المتبلورة هي حوالي 6 ٪.

3- الخلايا المورفية: وهي مزيج من السيليكون البلوري أحادي محاط بطبقات رقيقة من السليكون غير المتبلور يوفر حساسية ممتازة مستويات الإضاءة المنخفضة أو الضوء غير المباشر.

تتميز وحدة السيليكون الهجين الكهروضوئية بأعلى مستوى من كفاءة التحويل حوالي 17 ٪.

هل تعرف سعر لوح الطاقة الشمسية وأفضل أنواعها

كيف تعمل خلايا الطاقة الشمسية

في ما يلي نوضح لكم ما هو مبدأ عمل خلايا الطاقة الشمسية:

• عندما يضرب ضوء الشمس سطح الخلية الشمسية، تخلق الخلية حامل الشحنة كإلكترونات وثقوب.
• يفصل المجال الداخلي الناتج عن الوصلة بعض الشحنات الموجبة (الثقوب) عن الشحنات السالبة (الإلكترونات).
• تنجرف الثقوب إلى طبقة موجبة أو طبقة p وتلتف الإلكترونات إلى طبقة سلبية أو طبقة n.
• عندما يتم إجراء دائرة، يجب أن تمر الإلكترونات الحرة عبر الحمل لإعادة التوليف مع ثقوب إيجابية ؛ يمكن إنتاج التيار من الخلايا تحت الإضاءة.
• يتم توصيل الخلايا الشمسية الفردية معًا لإنشاء وحدة (تسمى “الوحدة الشمسية” أو “الوحدة الكهروضوئية”) لزيادة التيار وترتبط الوحدات في صفيف (يسمى “الصفيف الشمسي” أو “الصفيف الكهروضوئي”).
• اعتمادًا على متطلبات التيار أو الجهد ، يتم توصيل الألواح الشمسية بطرق متنوعة:

1. إذا كانت المصفوفات الشمسية متصلة بالتوازي، فسيزيد تيار الخرج.
2. إذا كانت المصفوفات الشمسية متصلة في سلسلة، فسيزداد جهد الخرج.

مكونات نظام الخلايا الشمسية

كما ذكرنا في الفقرة السابقة أن نظام عمل الخلية الشمسية هو أن تتعرض الخلايا لأشعة الشمس بشكل مباشر وذلك حتى تكتسب الإلكترونات الموجودة في الخلية الطاقة من الشمس، وكذلك تتمكن الخلية من الاهتزاز حرارياً ثم تعمل على تكسير الروابط ومن ثم انطلاق هذه الإلكترونات والتي ينتج عنها تيار كهربائي، وكم هنا  نذكر لكم في السطور القادمة مكونات خلايا الطاقة الشمسية:

• الألواح

 الألواح هي الجزء الظاهر في الخلايا الشمسية، ويتم ترتيب الألواح في الخلية الشمسية على شكل مصفوفات وذلك إما تكون الألواح على الأسطح، أو تكون على الأعمدة، أو تكون مباشرة على الأرض، أي أن كان  المكان الذي تُوضع فيه فإنه يتم تثبيتها باستخدام حوامل خاصة لها بشكل جيد، وأيضًا بزاوية مُثلى تتناسب مع اتجاه أشعة الشمس، وذلك حتى يتم تحويل الطاقة الشمسية إلى كهرباء.

• السيليكون

 هو أهم مكون من مكونات الخلية الشمسية، يتم استخراج مادة السيليكون من مناجم السيليكا التي تتواجد غالباً في المناطق ذات التركيز العالي للكوارتز ومن ثم تتم معالجة السيليكون الذي يُستخدم داخل الخلايا الشمسية معالجة عالية، بحيث يتم صقل السيليكا حتى تصل إلى الصفات المعدنية، وعلى الرغم من أن هذه العملية تتم داخل فرن القوس الكهربائي، إلا أن خلية المادة تبقى كهروضوئية، فتعزز كمية الطاقة التي تطلقها الخلايا وتجعلها نقية، وذلك لأن السيليكون النقي هو بلوّري، لذلك فهو يعد مكون أساسي في تركيب الخلية الشمسية.

• جهاز التحكم في الشحن

في تكوين أي جهاز يعتمد على الخلايا الشمسية كمصدر للطاقة جهاز التحكم في الشاحن، فهو الذي يقوم بتنظيم الكمية المطلوبة من التيار التي تُغذيها الألواح الضوئية في البطاريات لشحنها، وهذه هي وظيفته الأساسية وهي منع وصول الشحنات الزائد للبطاريات، ويوجد أيضًا وظيفة أخرى هامة جدًاوتعمل على إطالة عمر الجهاز والمحافظة عليه وهي حجب تيار البطارية من التسرب مرة أخرى إلى المجموعة الضوئية في الليل أو عند اختفاء الشمس، فعمله مكمل لعمل البطارية.

• العاكس

تَستخدم الأجهزة الكهربائية المنزلية طاقة التيار المتردد  في حين تُنتج الألواح الشمسية طاقة التيار المستمر (اختصاره: DC)، لذلك فإن وظيفة العاكس هي تحويل طاقة التيار المستمر التي تُنتجها الخلايا الشمسية إلى طاقة التيار المتردد (اختصاره: AC)  وذلك لتجعلها ملائمة للأجهزة المنزلية التي تتطلب التيار المتردد لتقوم بعملها.

• البطارية

بما أن عملية إنتاج الطاقة التي تقوم  بها الخلية الشمسية تحدث في أثناء النهار وقت سطوع الشمس، إذًا فإن الأمر يتطلب وجود مخزن لتخزين جزء من الطاقة التي تُنتجها حتى يتم استخدامها في الليل، وهذا تحديدًا ما تقوم به البطارية، حيث أنها تقوم بتخزين الطاقة التي تُتنجها الخلية الشمسية نهارًا ليتم إعادة استخدامها في الليل، أيضًا تقوم البطارية بعمل هام أيام الغيم التي لا يوجد فيها أشعة الشمس كافية لإنتاج الطاقة.

استخدامات الخلايا الشمسية

هناك عدة تطبيقات للخلايا الشمسية نذكر لكم في ما يلي أهمها:

1. الاستخدام المنزلي: في الإضاءة الداخلية والخارجية والمعدات الكهربائية، وفتحت البوابة الكهربائية ونظام الأمان، ومضخة المياه وفلتر المياه وضوء الطوارئ.
2.  الاستخدامات التجارية: في نظام الإضاءة كإضاءة كشك الهاتف وإضاءة اللوحة وإضاءة موقف السيارات والإضاءة الداخلية والخارجية وإضاءة الشوارع والحدائق.
3.  ضخ المياه: ضخ المياه للمرافق العامة وسقي الماشية والزراعة والحدائق والزراعة والتعدين والري.
4. تسخين المياه وتطهيرها من أهم استخدامات الطاقة الشمسية ولعل أكثرها حظًا في الانتشار هو تسخين المياه وذلك باستخدام السخانات الشمسية، فهو أصبح الآن وسيلة فعالة للحصول على مياه ساخنة ونظيفة.
5.  للمواصلات: يتم تركيب الخلايا الشمسية في السيارات، حيث يتم إنشاء هذه الطاقة الشمسية بواسطة الخلايا الكهروضوئية، ثم يتم نقل هذه الكهرباء إلى بطارية التخزين أو تشغيل المحرك، كان إد باسيريني أول شخص يقوم بصنع سيارة شمسية.
6. التبريد: ثلاجة المركز الصحي وصندوق التبريد لحفظ الأدوية واللقاحات والمعدات الطبية.
7. الشحن:  نظام شحن البطارية نظام طاقة الطوارئ ومركز شحن البطارية للقرية الريفية وإمدادات الطاقة للاستخدام المنزلي والإضاءة في المناطق النائية.

المراجع

news.energysage