تسهم الخلايا الشمسية في تحويل الأشعة التي تصدر من الشمس إلى كهرباء في لوحات الطاقة الشمسية، ويتم ذلك باستخدام أشباه الموصلات مثل السيليكون الذي يستخرج من الرمل النقي، وتعتبر الطاقة الشمسية مصدرا متجددا ونظيفا.
استخدام الطاقة الشمسية لتوليد الكهرباء
- من السهل تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية من خلال التحويل الضوئي الكهربائي.
- ويعني ذلك تحويل الطاقة الشمسية أو الضوئية مباشرة إلى طاقة كهربائية باستخدام الخلايا الشمسية.
- وتوجد بعض المواد الموصلة مثل السيليكون والجرمانيوم وغيرها التي تدعم التوصيل الكهربائي أو الضوئي
شاهد أيضًا: بحث عن الطاقة الشمسية واستخداماتها
الطاقة الكهربائية
- تعتبر الكهرباء واحدة من أنواع الطاقة الموجودة في الطبيعة، وتعد الكهرباء وسيلة لنقل الطاقة التي يمكن استخدامها في العديد من الأغراض.
- يمكن الحصول على الكهرباء من مصادر طبيعية مثل الصواعق والاحتكاك، ومع ذلك، تعتبر هذه العملية صعبة وغير مجدية اقتصاديا.
- من الممكن أن يتم الحصول على الكهرباء كمصدر أساسي للطاقة من المصادر الطبيعية.
- مثل الطاقة التي يتم الحصول عليها من مصادر المياه والرياح والطاقة الشمسية والمد والجزر والأمواج.
الطاقة الشمسية
- تتمثل الفائدة في الطاقة المنبعثة من الشمس وأشعتها، وهي متاحة في كل مكان وتساعد في عملية التصنيع الضوئي.
- تستخدم النباتات الطاقة الشمسية في تصنيع الطعام، بالإضافة إلى فوائدها للبشر في التدفئة والتسخين وتجفيف الطعام وتوليد الكهرباء
- نحصل على الطاقة الشمسية عن طريق استخدام الألواح الشمسية التي تشبه المرايا ولها أشكال وأحجام متنوعة.
- مثل الطاقة التي تأتي من أشعة الشمس تتساقط على هذه الألواح الشمسية.
- يتم إنتاجها من مواد تدعم عملية توليد الكهرباء عند امتصاصها للضوء وتحويلها إلى طاقة كهربائية
كيفية عمل الألواح الشمسية
- تساهم الألواح الشمسية في تحويل طاقة الشمس إلى كهرباء من خلال مجموعة من خلايا شمسية.
- حيث يتم تركيب الألواح بعناية على سطوح المنازل والمباني وفوق أعمدة الإنارة في الشوارع.
- لكي تتلقى أكبر قدر من أشعة الشمس وتحصل على كمية كبيرة من الطاقة
- تعد الألواح الشمسية واحدة من أفضل الوسائل المدعومة للحفاظ على البيئة ونظافتها، حيث لا تسبب أي ضرر للأرض.
- يتم تحويل ضوء الشمس إلى طاقة كهربائية باستخدام تراكيب إلكترونية تسمى الخلايا الشمسية، وهي تولد تيارا كهربائيا
أنواع الخلايا الشمسية
تتواجد الخلايا الشمسية في أنواع مختلفة بناء على المواد المستخدمة في تصنيعها والكفاءة المحققة، وتشمل ثلاثة أنواع رئيسية وهي كالتالي:
- تتميز خلايا السيليكون بكفاءة تحويل تصل إلى 22% من الكفاءة النظرية
- تتميز الخلايا الرقيقة بكفاءتها البالغة 18%، ويدعي بعض المختبرات الحصول عليها بسبب انخفاض تكلفتها وسهولة تصنيعها
- تصنع الخلايا الشمسية المتعددة الوصل عادة من مادة كاليوم أسانيد، وهناك خلايا تحتوي على اتصالين أو ثلاثة، وتصل كفاءتها إلى حوالي 35%، وتتميز بصعوبة تصنيعها وتكلفتها العالية
كفاءة الخلايا الشمسية
- تعرف كفاءة الخلايا الشمسية بأنها القدرة التي تنتجها الخلية من الطاقة الشمسية مقارنة بالطاقة التي تستهلكها.
- تم الحصول على فولت الخلية الواحدة الذي يختلف تياره المستخلص وفقا لمساحة سطح الخلية
- تتزايد القوة الكهربائية مع زيادة مساحة السطح، ولكن زيادة المساحة بشكل كبير تؤدي إلى زيادة المقاومة المتتالية التي تقلل من كفاءة الخلية
- تم تصنيع خلايا بمساحات مختلفة لتوليد تيار يتراوح بين 2.5 إلى 3.5 أمبير لكل خلية.
- تمكنا من ربط الخلايا الشمسية بشكل متواز ومتسلسل لتشكيل وحدات توليد الطاقة الكهربائية.
- عندما يتم ربط الخلايا بتوازي وتوالي في وحدات كبيرة، يتم الحصول على الطاقة المطلوبة
تطوير الخلايا الشمسية ضمن أربعة أساسيات محددة
- من خلال محاولة جعل تصنيع الخلايا الشمسية أقل تكلفة وأكثر كفاءة
- تطوير تقنيات جديدة تعتمد على تصاميم معمارية وهندسية جديدة
- تطوير وتصنيع مواد إلكترونية ذات قابلية أكبر لامتصاص الطاقة الشمسية وتحرير شحنات بعدد أكبر
- تطوير التصاميم الإلكترونية للمواد المتاحة حاليا وتحسين ظروف تصنيعها
- لذلك، تعتبر الطاقة الشمسية مميزة بتوفيرها للطاقة المتجددة والنظيفة.
- تقنياتها معروفة وغير معقدة، ويسهل تطويرها بالإضافة إلى توفير فرص عمل واسعة
- تلعب الطاقة الشمسية دورا كبيرا في توفير الاحتياجات المادية والبيئية في العالم العربي، وقد تتطلب استثمارا أوليا.
- ومع ذلك، فإنها لا تحتاج إلى موارد أولية لتوفيرها من الطبيعة، بالإضافة إلى أنها لا تتطلب صيانة مستمرة
شاهد أيضًا: مشروع الطاقة الشمسية واستخداماتها
مراحل تطور تكنولوجيا الطاقة الكهربائية من الشمس
- على مر العصور، استخدم الإنسان طاقة الإشعاع الشمسي في العديد من التطبيقات المختلفة في حياته.
- منذ العصور البدائية، حاول الإنسان استغلال الطاقة الشمسية والاستفادة منها.
- على الرغم من أنها محدودة إلى حد ما، إلا أن التقنيات التكنولوجية الحديثة قد فتحت آفاقا علمية جديدة للاستفادة من الطاقة الشمسية
- تم استخدامها في القدم لإحراق السفن الحربية وتدفئة المنازل والمحاصيل الزراعية.
- بالإضافة إلى صهر المواد وطهي الطعام وإنتاج بخار الماء وتقطير الماء
- تم تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة حرارية وكهربائية من خلال التحويل الكهروضوئي.
- تحويل الطاقة الشمسية أو الضوئية إلى طاقة كهربائية باستخدام الخلايا الشمسية
- تم اكتشاف هذه الظاهرة من قبل علماء الفيزياء في القرن التاسع عشر الميلادي، حيث تبين لهم أن الضوء يمكنه تحرير الإلكترونات من بعض المعادن
- وصلوا إلى عدة دراسات تمكنتهم من تخزين الطاقة الناتجة والاستفادة منها
يمكن تخزين الطاقة الحرارية أو الكهربائية أو الكيميائية والمغناطيسية خلال فترة احتجاب أشعة الشمس.
تعتبر هذه الأبحاث أحد أهم وسائل تطوير استخدامات الطاقة الشمسية، بالإضافة إلى ظهور العديد من أنواع محطات توليد الكهرباء المختلفة مثل:
- تشمل محطات التوليد البخارية والنووية والشمسية وتوليد الطاقة بواسطة الرياح وغيرها
آلية عمل الخلايا الشمسية
- الطاقة الشمسية هي المصدر الأساسي للعديد من الطاقات الموجودة في الطبيعة، فهي تعد من الطاقات المتجددة التي لا تنضب.
- وتعتبر جميع مصادر الطاقة المتجددة، بالإضافة إلى وجودها منذ آلاف السنين.
- وتم استخدامها لتسخين المياه وتجفيف بعض المحاصيل لحمايتها من التلف.
- حتى في العصر الحديث، تجد العديد من الأبحاث والتجارب تستند إلى استغلال الطاقة الشمسية.
- يستخدم الكهرباء في التدفئة وصهر المعادن وفي العديد من الصناعات الأخرى أيضا
- نظرا لارتفاع أسعار الوقود وزيادة استهلاك الطاقة، نجد أن طاقة الشمس هي المصدر الأساسي المرشح لاستبدال البترول.
- حاولت الدولة الأكثر تعرضا لأشعة الشمس إنتاج الكهرباء باستخدام ألواح الطاقة الشمسية التي تحول أشعة الشمس إلى كهرباء
- تعتبر الطاقة الحرارية الشمسية تقنية جديدة تحول أشعة الشمس إلى كهرباء تستخدم حاليا في مزارع الرياح في البحار الأوروبية.
- أما الخلايا الشمسية فقد تكونت من طبقتين من أشباه الموصلات التي تعمل عند سقوط أشعة الضوء على الخلية.
- جزء من الضوء يمتصه ذرات السيليكون، وبالتالي يتم امتصاص طاقة الضوء من قبل المادة الخلوية
- تعمل هذه الطاقة على تحفيز الإلكترونات غير المرتبطة في المادة وتجعلها تتحرك بحرية في الداخل، وعند تعرض هذه الإلكترونات الحرة لمجال كهربي، فإنها تتحرك جميعها في اتجاه واحد، مما يشير إلى وجود تيار كهربي
- عند ربط طرفي خلية الطاقة الشمسية بنقطتي توصيل على الجانب العلوي والجانب السفلي للخلية، يمكن الحصول على تيار كهربائي طالما يستمر سقوط الضوء على الخلية الشمسية.
شاهد أيضًا: الطاقة المتجددة وأهميتها
في النهاية، أوضح المقال كيف ساهمت الطاقة الشمسية في تسهيل الحصول على الكهرباء من خلال أشعة الشمس
