ما هي الأدوات التي تحول أشعة الشمس إلى طاقة كهربائية

ما هي الأدوات التي تحول أشعة الشمس إلى طاقة كهربائية؟ يسعى العديد من الحكومات إلى استغلال الطاقة الشمسية في توليد الكهرباء، وذلك عن طريق توفير الأدوات التي تساعد على تحويل أشعة الشمس إلى طاقة كهربائية.

سنتطرق في هذا الموضوع إلى الطاقة الشمسية وطرق استغلالها في توليد الكهرباء، وسنوضح أيضا كيفية تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كيميائية وطاقة حرارية.

أدوات تحويل أشعة الشمس إلى طاقة كهربائية

لكي نتعرف على كيفية تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية، يجب أولا أن نفهم مفهوم الطاقة الشمسية، فالشمس لها فوائد عديدة، بما في ذلك استخدامها في توليد الحرارة والطاقة.

تستخدم أيضا في تكوين ما يعرف بالتفاعلات الكيميائية، بالإضافة إلى استغلالها في توليد الطاقة الكهربائية، حيث تعتبر طاقة الشمس من ضمن الطاقة المتجددة التي لا تسبب تلوثا للبيئة، وتستمر في التجدد بشكل دائم على عكس الموارد الأحفورية والمواد البترولية والغاز الطبيعي.

وبناء على ذلك تم الاعتماد على التكنولوجيا الحديثة في توليد الكهرباء من أشعة الشمس، ويمكن استخدامها لتلبية احتياجات العالم المستقبلية من الكهرباء إذا تم استغلالها بالطرق الصحيحة والملائمة.

تحول الأدوات الشمسية الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية

تنبعث من القرص الشمسي إشعاعات بقوة تقدر بحوالي 1026 × 3,846 واط من إجمالي الطاقة التي تنتشر على سطح الكرة الأرضية على شكل أضواء أو طاقة أخرى.

تستغل هذه الطاقة من خلال تجميع الإشعاعات المشعة وتحويلها مباشرة إلى حرارة وطاقة كهربائية باستخدام عملية التحويل الكهروضوئي.

ويمكن تعريف الكفاءة الضوئية بأنها قدرة المادة على إصدار الإلكترونات عند تعرضها للضوء، وتستخدم هذه الخاصية في الخلايا الشمسية.

شاهد أيضًا: بحث عن الطاقة الشمسية ومصادرها

الخلية الشمسية

الخلية الشمسية هي جهاز يحول أشعة الشمس إلى طاقة كهربائية، وذلك باستخدام عملية التحويل الضوئي الكهروكيميائي، وتعتمد مبدأ عمل الخلية الشمسية على النحو التالي:

تتكون الخلايا الشمسية من مادة السليكون، وهي مادة شبه موصلة تتميز بخصائص المعادن وبعض الخصائص العازلة.

حيث يتم نقل الطاقة من خلال سير جزيئات من الأشعة الشمسية، وهذا ما يعرف بالفوتونات للإلكترونات المرتبطة بذرات السيليكون.

عندما تتصادم الفوتونات بالخلايا الشمسية، يتم تحرير الإلكترونات المحتجزة في السيليكون، مما يؤدي إلى حدوث اضطرابات في التوازن الكهربائي بالخلايا الشمسية.

يمكن تصحيح عدم التوازن الكهربائي في الخلايا الشمسية بسبب تكوين ذرات السيليكون الداخلية، عند وضع وترتيب هذه الذرات في الخلايا الشمسية وإغلاقها بإحكام، يتشكل نوعان من السيليكون:

• ذرات السليكون من النوع N

تشير كلمة N في اللغة الإنجليزية إلى ذرات السليكون ذات الشحنة السالبة، وتعتبر هذه الذرات هي السليكون السالب.

• ذرات السليكون من النوع B

تعرف بذرات السيليكون الموجبة بالإنجليزية بـ P = Positive، وهي عبارة عن ذرات سيليكون مشحونة إيجابيا، حيث تفقد الإلكترونات وتترك فجوات بدلا منها.

الإلكترونات في السليكون بنوع N تنتقل بشحنات سالبة لسد الثقوب الموجودة في السليكون بنوع B. هذا يجعل الشحنة في السليكون من نوع B سالبة والشحنة في السليكون من نوع N موجبة. ونتيجة لذلك، يتم توليد المجالات المغناطيسية في الخلايا الشمسية.

عندما تتحرر الفوتونات من الإلكترونات الموجودة في ذرات السيليكون، فإن الحقول المغناطيسية المتولدة تدفع هذه الإلكترونات على مسارات منتظمة، مما ينتج عنه إنتاج الطاقة الكهربائية.

قد يهمك: بحث عن تطبيقات الطاقة الشمسية ومستقبلها فى مجالات الطاقة النظيفة والمستحدثة

أنواع الخلية الشمسية

تعد الألواح الشمسية من مصادر فعالة لتوليد الكهرباء وإنتاجها، بالإضافة إلى تكلفتها المنخفضة، وذلك يتم عن طريق إنتاج العديد من أنواع الخلايا الشمسية المختلفة باستخدام تقنيات متنوعة، للتحويل وإنتاج الطاقة الشمسية وتخزينها أيضا، ومن بين أبرز أنواع الخلايا الشمسية التي تحول أشعة الشمس إلى طاقة كهربائية هي:

• الخلايا الشمسية بالألواح الأحادية للبلورة

من ميزات الألواح الشمسية البلورية الأحادية أهمها كفاءتها العالية مقارنة بأنواع أخرى، حيث تنتج كمية أكبر من الكهرباء، ولكن التحدي الوحيد هو تكلفة تركيبها المرتفعة على الرغم من عدم حاجتها لمساحة كبيرة للتثبيت.

• الخلايا الشمسية الكريستالية

من أبرز مميزات هذا النوع من الخلايا الشمسية، التي تحول أشعة الشمس إلى طاقة كهربائية، هو تكلفتها المنخفضة مقارنة بالخلايا الشمسية ذات البلورات الواحدة، ولكنها لا تعمل بكفاءة عالية وتتميز بعمر افتراضي قصير.

• الخلايا الشمسية بالأغشية الرقيقة

من أهم ما يميز هذا النوع من الخلايا الشمسية هو سهولة تصنيعها وتكلفتها المنخفضة للغاية، ومع ذلك، فإن عمرها المفترض يكون أقصر من أنواع الخلايا الشمسية الأخرى، بالإضافة إلى كفاءتها المنخفضة بالمقارنة مع الخلايا الشمسية الأخرى.

• الخلية الشمسية الغير مُتبلورة للسليكون

تصنع الآلات الحاسبة الصغيرة التي تعمل بالطاقة الشمسية، وتتميز بتكلفتها المنخفضة، ولكن المشكلة في أنها تعمل بكفاءة منخفضة جدا.

• الخلية الشمسية البيولوجية

وعلى الرغم من أن هذه الخلية تقارب عمليات التمثيل الضوئي في الطبيعة، إلا أنها لم تستخدم بعد عمليا لتحويل أشعة الشمس إلى طاقة كهربائية.

• خلية الكادميوم تيلورايد الشمسية

هذا النوع من الخلايا الشمسية يساعد في إنتاج الطاقة باستخدام كميات قليلة من المياه، ولكنه يستخدم الكربون الذي يكون ضارا جدا لصحة الكائنات الحية إذا تنفسه الإنسان أو تناوله.

• الخلية الكهروضوئية المُركزة

تقوم هذه الخلايا بإنتاج الكهرباء بنفس الطريقة المستخدمة في النظم الكهروضوئية العادية، ولكنها تعمل بكفاءة أعلى.

استخدامات الخلايا الشمسية

نظرا لتنوع أنواع الخلايا الشمسية المتاحة، فإنها تستخدم في العديد من المجالات، ومن بين أبرز تطبيقاتها:

• إنارة الشوارع

تستخدم الطاقة الشمسية التي تنبعث من الشمس خلال النهار لشحن بطاريات الخلايا الشمسية، وذلك لإضاءة الشوارع خلال الليل.

• ثلاجات للقاحات والأدوية

تستخدم الخلايا الشمسية وتقنياتها الحديثة في الحفاظ على الأدوية واللقاحات الموجودة في المناطق النائية التي لا تتوفر فيها طاقة كهربائية لتشغيل الثلاجات، ومن المعروف أن هذه المنتجات الطبية تحتاج إلى درجة حرارة محددة للحفاظ على قيمتها وخواصها.

• أدوات طهي الطعام

تقوم الخلية الشمسية بتحويل أشعة الشمس القوية عن الأفران لتستخدم في إعداد الوجبات الغذائية.

• شحن الجوالات الخلوية

تتم شحن الهواتف النقالة عن طريق تعريضها لأشعة الشمس لعدد محدد من الساعات، ومع مرور الوقت، سيتم شحن العديد من الأجهزة بهذه التقنية.

اخترنا لك: الالواح الشمسية لتوليد الكهرباء

استخدامات الطاقة الشمسية

من الممكن تحويل طاقة الضوء إلى طاقات أخرى، ومنها ما يلي:

• تحويل الطاقة الشمسية لطاقة كيميائية

يمكن تحويل طاقة الضوء إلى طاقة كيميائية من خلال عملية البناء الضوئي في النباتات، فأوراق النباتات تقوم بامتصاص أشعة الشمس لبناء السكريات البسيطة، وأيضا لتخزين الطاقة التي تساعدها على الاستراحة.

عندما يتغذى الكائن الحي على النباتات، يتم نقل الطاقة الكيميائية المخزنة فيها إليه، ليستخدمها في العمليات المختلفة مثل التنفس والحركة والنمو والتحدث وغيرها.

• تحويل الطاقة الشمسية لطاقة حرارية

يمكن استغلال الطاقة الشمسية لتسخين المنازل عن طريق تلوين الأسطح باللون الأسود الداكن، فهذا اللون يساعد على امتصاص أشعة الشمس من الأسطح.

ويستعان العديد من الدول التي تتميز بانخفاض درجات حرارتها الشديد بهذه الطريقة، لكي يتمكنوا من الاستفادة القصوى من الطاقة الشمسية في تدفئة المنازل وحمايتها من البرد.

وفي نهاية الموضوع وبعد أن تعرفنا على الطاقة الشمسية، وطرق تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية من خلال التعرف على أدوات تحويل أشعة الشمس إلى طاقة كهربائية، وتعرفنا على الخلايا الشمسية وأنواعها، واستخداماتها المختلفة.

وشرحنا كيفية تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كيميائية وطرق تحويلها إلى طاقة حرارية، يرجى مشاركة هذا الموضوع في وسائل التواصل الاجتماعي.