الطاقة الشمسية هي إحدى أكبر مصادر الطاقة على وجه الكرة الأرضية، وتقوم بالإنارة والتدفئة بشكل طبيعي وضروري.
بسبب أهميتها الكبيرة في حياتنا، قام الإنسان بالتفكير في استغلالها بأفضل استغلال.
اليوم نتعرف على كيفية استغلال الطاقة الشمسية من خلال خلية الطاقة الشمسية.
الخلية الشمسية
- نتيجة للتلوث الكبير الذي يحدث على سطح الأرض بسبب زيادة الانبعاثات والنفايات الناتجة عن مصادر الطاقة المختلفة.
- تأثر الغلاف الجوي والكائنات الحية بشكل كبير جدا بوجود هذا التلوث.
- لذلك، بدأت العديد من الدول في التفكير في حل إيجابي لاستبدال مصادر الطاقة الملوثة للبيئة بمصادر صديقة للبيئة.
- وهي الطاقة الشمسية، فقام العلماء باختراع ما يسمى بالخلايا الشمسية.
- تقوم هذه الخلايا بتجميع الطاقة الشمسية وتخزينها وتحويلها إلى طاقة كهربائية.
- تخزن في بطاريات مخصصة لها تستوعب كميات هائلة للاستخدام في العديد من الأغراض الحياتية.
- بدأ اختراع الخلايا الشمسية في أوائل عام 1977.
- لكنها بدأت العمل الفعلي في عام 2013 وتطورت بسرعة كبيرة جدا لتصبح الاتجاه الحالي لجميع الدول.
- ويتم استخدامها في الصناعة والزراعة والعديد من المجالات المختلفة.
- ومن أبرز مميزات الخلايا الشمسية هي عدم وجود أي تفاعلات كيميائية أو فيزيائية بداخلها قد يسبب ضررا للبيئة.
قد يهمك: تطبيقات على استخدام الخلايا الشمسية
عمل الخلية الشمسية
تعد الخلية الشمسية من الاختراعات الهامة التي حدثت في العصر الحديث، وسنقدم طريقة عملها فيما يلي:
- عندما يغطي الظلام الخلايا الشمسية بعد غروب الشمس، فإن سطح هذه الخلايا يعوق انعكاس الطاقة الضوئية مرة أخرى.
- ثم تقوم الخلية الشمسية بامتصاص كمية كبيرة من الفوتونات الضوئية المنبعثة من الشمس.
- تتحرك الإلكترونيات داخل الخلايا الشمسية، مسببة تغيرا فيها وتتجمع الإلكترونات في الفجوة المناسبة لشحنتها.
- بالتالي، يمكن توليد فرق جهد بين الجانبين يؤدي إلى توليد تيار كهروضوئي.
- عند الرغبة في الحصول على تيار كهربائي مناسب، قم بتوصيل الطرفين بموصل جيد.
- ومعظم الخلايا الشمسية تعمل على تحويل الطاقة الضوئية إلى طاقة كهربائية.
- تخزن في بطاريات كبيرة الحجم لاستخدام هذه الكهرباء المخزنة مرة أخرى في فترات الليل.
مما تتكون الخلية الشمسية؟
لإنشاء نظام لتوليد الطاقة الشمسية عبر الخلايا الشمسية، يجب علينا معرفة مكونات الخلية الشمسية.
حيث تتكون من الآتي:
- تصنع الخلية الشمسية من مواد شبه موصلة تولد شحنات سالبة في مادة السيليكون.
- يتم تصنيع الخلية الشمسية من طبقات متعددة من نفس المواد.
- غالبا، تستخدم الخلايا الشمسية مادة السيليكون في صناعتها وتنقسم إلى طبقتين
- النوع P: تعتبر مادة السليكون هي الأكثر وفرة، وتحتوي على أغلبية الإلكترونيات.
- النوع N: تمثل مادة السيليكون التي تحتوي على عدد كبير من الفجوات (الثقوب) الغالبية.
- عازل بين الطبقتين بمادة عازلة.
- تحتوي البطارية على خلية شمسية لتخزين الطاقة الكهروضوئية.
ما أنواع الخلايا الشمسية؟
تتنوع أنواع الخلايا الشمسية إلى العديد من الأنواع وهي:
- خلية أحادية التبلر: وهي تستخدم مواد خام ممتازة وتصل كفاءة هذه الخلايا إلى 17%.
- خلية متعددة التبلر: وتصنع من رقائق السيليكون المعالجة.
- وذلك لزيادة الخواص الكهربائية فيها، وتصل كفاءتها إلى 16%.
- الخلية الفلمية هي خلية مصنوعة من السيليكون على شكل طبقات رقيقة، وتتميز بكفاءتها التي تصل إلى 6%، وهي الأقل قدرة بينها.
يتم اختيار كل نوع من هذه الأنواع للاستخدام المناسب وفقا للتكلفة المرتبطة بالخلية الشمسية.
قد يهمك: أسعار الخلايا الشمسية وأنواعها
كيف تطورت الخلايا الشمسية؟
شهدت الخلايا الشمسية العديد من التطورات منذ اختراعها الأول وحتى وصولها إلى شكلها الحالي وهي:
- ابتدأت الخلايا الشمسية عندما درس العالم بيكرل في عام 1839 تأثير الضوء على المعادن.
- ما هي خصائص التيار الكهربائي الناتج عن الطاقة الضوئية؟.
- تطورت بعد ذلك الفكرة والنظرية إلى استخدام السيلينيوم في استقبال الطاقة الضوئية وتحويلها إلى شحوم كهربية.
- تم دراسة الظواهر التي تحدث في المادة السيليكون عند استقبال الطاقة الضوئية وتحويلها إلى طاقة كهروضوئية.
- تم ابتكار بعض الخلايا المكونة من أفلام رقيقة مصنوعة من كبريتيد الكادميوم وكبريتيد النحاس.
- توسعت الأبحاث في الثمانينيات والتسعينيات في مجال الطاقة الشمسية.
- وازداد التطور للوصول إلى قدرة الخليات الشمسية على توليد مئات الكيلوواط من الطاقة الكهروضوئية.
- في النهاية، تم الوصول إلى الخلايا الشمسية في الصورة الموجودة حاليا.
كيفية صناعة ألواح الطاقة الشمسية
يمكن تصنيع الخلايا الشمسية باستخدام بعض الخطوات البسيطة التي تؤدي إلى نتائج جيدة، وهي كالتالي:
- يتم تخطيط نظام الألواح الشمسية وتحديد موقعها.
- يتم تجهيز لوح خشبي ومسطرة ومنشار وقوالب لحام من الحديد.
- ثم يتم وضع الخلايا الشمسية على لوح خشبي وسحب خطوط متباعدة بعناية.
- يتم وضع وتوصيل أسلاك الألواح الشمسية بعناية واحترافية.
- يتم لحام الأسلاك متتالية ومتتابعة بينها وبين بعضها.
- يتم لحام الجزء السالب بالموجب في النهاية بعد التوصيل.
- ثم يتم الحصول على جهد كهربائي يعادل 12 أو 24.
- يتم توصيلها بشكل متواز مع الخلايا الشمسية الموضوعة على الألواح.
- تتم عملية توصيل الكهرباء من مصدر أو جهاز كهربائي للتحقق من عملها بشكل جيد.
- يمكن استخدام هذه الطاقة لتشغيل وشحن البطاريات والأجهزة المختلفة.
أهمية ضوء الشمس للإنسان
يأتي ضوء الشمس بالكثير من الفوائد لجسم الإنسان وهي كالتالي:
- ضوء الشمس يساعد في خفض ضغط الدم، حيث يوجد مركب في الجسم يعرف بأكسيد النيتريك.
- عند تعرض الجلد لأشعة الشمس، يزيد هذا المركب من الأوعية الدموية، مما يساهم في تخفيض ضغط الدم.
- تحفز فيتامين د الذي له تأثير كبير في تكوين وصلابة العظام.
- إذا تعرض الجسم لأشعة الشمس في أوقاتها الملائمة، فإن ذلك له فائدة كبيرة في إنتاج فيتامين دي.
- يساعد النظام الجسم على امتصاص الكالسيوم والحصول على معدات جيدة منه، تعطي قوة للجسم وصلابة للعظام.
- التعرض لأشعة الشمس بانتظام يمنح الجسم طاقة إيجابية كبيرة.
- يساهم في التخفيف من حالات الاكتئاب، خاصة في فصل الشتاء، من خلال تحفيز مضادات الأكسدة في الجسم.
- ويقوم ضوء الشمس بتقليل التعرض لمرض الزهايمر.
- تشير الفحوصات الطبية إلى أن الأشخاص الذين لا يتعرضون لأشعة الشمس لديهم احتمالية للإصابة بمرض الزهايمر.
- ضوء الشمس يعالج العديد من الأمراض الجلدية ويعزز مناعة الجلد ضد الأمراض المختلفة.
- يمتلك ضوء الشمس قدرة كبيرة على علاج وحماية جهاز المناعة في الجسم والحفاظ على بعده عن الأمراض التي قد تصيبه.
- يحمي ضوء الشمس الجسم من أمراض السرطان المختلفة عند تعرض الجلد له.
أهمية ضوء الشمس للنباتات والحيوانات
يحمل ضوء الشمس أهمية كبيرة للنباتات والكائنات الحية المختلفة، وذلك فيما يلي:
- تعتبر الشمس أساسية لحياة النباتات، حيث يتم عن طريقها القيام بعملية التمثيل الضوئي.
- تعتبر عملية التنفس في النباتات وإنتاج الغذاء ضرورية لنموها بشكل صحيح.
- عندما لا يكون هناك ضوء الشمس، تصبح النباتات باهتة وغير قادرة على النمو الصحيح، وتصبح ضعيفة وهزيلة.
- بالنسبة للحيوان يقوم ضوء الشمس بتحفيز أجسامهم لإنتاج فيتامين دي بشكل طبيعي.
- تساهم في زيادة امتصاص الكالسيوم وتقليل خطر كسور العظام.
- ويعمل أيضا على تنشيط بشورة الحيوانات لتجديد فروها، والطيور لصحة ريشها وطرد الحشرات المختلفة التي تعيش عليها.
اقرأ أيضا: الالواح الشمسية لتوليد الكهرباء
تحدثنا فيما سبق عن عمل الخلايا الشمسية وكيفية عملها وصنعها لتوليد الطاقة الكهروضوئية.
ما هي أهمية الضوء للإنسان والنبات والحيوان في البقاء على الأرض بصحة جيدة.
