مبدأ عمل الخلايا الشمسية
إن أشعة الشمس تحتوي على الكثير من الفوتونات والطاقة، ومن خلال الطاقة المتجددة يتم سد احتياجات الكرة الأرضية، ومع التقدم الذي نشهده في عصرنا هذا والقدرة على صناعة الخلايا الشمسية، بدأ استغلال تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية.
وذلك عن طريق الألواح الشمسية والتي تحتوي على الكثير من الخلايا الكهروضوئية، وفي هذا المقال سنعرف أكثر حول مبدأ عمل الخلايا الشمسية.
محتويات المقال
[ عرض ]
معنى الخلية الشمسية
- عبارة عن جهاز وآلة تكون على شكل خلايا مرصوفة بجانب بعضها، ومن خلال التأثير الضوئي الشهدي.
- يتم تحويل أشعة الشمس إلى كهرباء وتسمى بالخلايا الضوئية أو الخلايا الكهروضوئية.
- هذه الخلايا تم استخدامها منذ عشرات السنين، منذ عام 1996 وتعمل من خلال الأقمار الصناعية.
- تقوم تلك الخلايا الشمسية بتزويد محطة الفضاء الدولية بالتيار الكهربائي.
- وفي أسبانيا حاليا توجد أكبر محطة لتوليد الكهرباء، والتي تعمل بالطاقة الشمسية وتصل قدرتها إلى 23 ميجاواط تقريبا.
- جاري التخطيط في أسبانيا لبناء أكبر محطة لتوليد الكهرباء، بقدرة 154 ميجاواط تقريبا والتي تعمل على الخلايا الشمسية.
- كان يُطلق على الخلية الشمسية، أو الضوئية، أو الكهروضوئية، في الأيام الأولى من صناعتها بطارية شمسية إلى أن أصبح ذلك يحمل معنى مختلفا.
للتعرف على المزيد: ما هي أدوات تحول أشعة الشمس إلى طاقة كهربائية
مبدأ عمل الخلايا الشمسية
- توضع الخلايا الشمسية بشكل مباشر تحت أشعة الشمس، ثم تقوم هذه الخلايا بامتصاص أشعة الشمس.
- وتحويلها لطاقة كهربائية والتي يستفيد منها الإنسان في كثير من مجالاته وأغراضه.
- ومما سبق نستنتج أن أشعة الشمس تعمل كبديل لما تقوم به المولدات الكهربائية.
- فعندما تشرق الشمس والتي تحتوي هذه الأشعة على كمية من الطاقة كبيرة جدا، تستقبل الألواح الشمسية هذه الطاقة.
- تحتوي تلك الألواح على عدد كبير من الخلايا الشمسية والتي تصطف بجانب بعضهم البعض كما ذكرنا.
- وتأتلف هذه الخلايا غالبا من السليكون والتي تكون شبه موصلة.
- تقوم تلك الخلايا باستقبال الطاقة الشمسية ثم تبدأ الحركة بعملية الطرد وتقوم بتشكيل حقلاً كهربائياً.
- حينها تنطلق الإلكترونات من السيلكون أو المادة الشبه موصلة، وتتجمع على شكل طاقة كهربائية وينتج عنها كهرباء ال Dc والتي يتم إنتاجها بطريقة كيميائية في البطاريات.
- ومن خلال محول يطلق عليه إنفيرتر يتم تحويل الكهرباء الكيميائية Dc إلى الكهرباء Ac وتلك هي التي يتم استعمالها في الحياة اليومية.
أنواع الخلايا الشمسية
تم التطوير في مجال صناعة الخلايا الشمسية، ولذلك تم صناعة أنواع مختلفة من هذه الخلايا تختلف عن بعضها في كل من الكفاءة والاستعمال والعمر الافتراضي لها ومنهم:
الخلايا الأحادية التيار
- هذا النوع من الخلايا تم صنعها من مادة السيليكون.
- تتميز هذه الخلايا بالكفاءة العالية، وقدرتها على امتصاص طاقة شمسية بنسبة تتراوح من 11 % إلى 16 %، وذلك من خلال الإشعاع القادم من الشمس والتي قد تصل قوته إلى 1000واط لكل متر مربع.
- كل متر مربع من هذه الخلايا قادر على إنتاج 110 واط تقريباً.
خلايا متعددة التبلور
- وهي عبارة عن رقائق تم كشطها من بلورات أسطوانية صُنعت من مادة السيليكون، ثم تم لها عملية معالجة كيميائية في أفران وذلك لزيادة الخواص الكهربائية لها.
- هذا النوع من الخلايا يتراوح بين 9 % إلى 13 % من حيث الكفاءة.
الخلايا اللمورفية
- هذا النوع من التقنية والخلايا يتميز بسهولة التصنيع، ويكون السيلكون فيها على شكل طبقات رفيعة على سطح مصنوع من الزجاج أو البلاستيك.
- كفاءة هذه الخلايا يتراوح ما بين 3 % إلى 6 % تقريباً.
- يناسب هذا النوع من الخلايا المجالات التي تحتاج إلى 40 واط أو أقل من ذلك.
شاهد أيضا: تطبيقات على استخدام الخلايا الشمسية
مادة السيلكون في الخلايا الشمسية
- تحتوي ذرة السيليكون على 14 إلكتروناً، المدار الأول فيها يتسع حتى يصل إلى إلكترونين، والمدار الثاني فيها يصل إلى ثمانية إلكترونات، وهما مداران مستقران.
- يحتوي المدار الثالث على أربعة إلكترونات، وهذا المدار غير مستقر لذلك يحتاج إلى 4 إلكترونات مختلفة حتى يكتمل المدار.
- ترتبط برابطة تشاركية ذرة السيلكون بذرة سيلكون مختلفة وذلك للحفاظ على استقرارها، وفي النهاية يتكون لدينا ما يطلق عليه السيلكون البلوري.
- ولابد من السيلكون البلوري لعمل الخلية، لأنه يقوم بمنع وجود إلكترونات حرة، مما يساعد ذلك في تشكيل التيار الكهربائي من خلال الطاقة الشمسية.
- يتم تعديل ذرات السيلكون قليلاً لكي تتناسب مع مبدأ عمل الخلايا الشمسية، ويتم حل هذه المشكلة من خلال خلط مادة السيلكون ببعض الشوائب مثل ذرة الفوسفور.
- تمتلك ذرة الفوسفور في مدارها الخارجي الأخير 5 إلكترونات، ولذلك فهي غير قادرة على الارتباط مع ذرات السيلكون المجاورة لها.
- وهناك إلكترون واحد ليس لديه من يرتبط معه، كما يحدث إفلات لبعض الإلكترونات وتترك فجوة خلفها نتيجة سقوط أشعة الشمس.
- يطلق على هذه الإلكترونات في الخلية الشمسية بالنواقل الحرة.
- السيلكون نوعان، سيلكون سلبي ويحتوي على الفسفور كشوائب، والسيلكون الإيجابي وهذا النوع يضاف له عنصر البورون الذي يحتوي في مداره الأخير على 3 إلكترونات.
- وبناءً على ما سبق يتم تشكيل حقلاً كهربائياً، يمكن من خلال هذا الحقل السماح للإلكترونات الحرة بالحركة وبشكل منتظم لكي يمكن توليد تيار كهربائي نستطيع الاستفادة منه.
أكبر المشاريع للخلايا الشمسية
مشروع نور للطاقة الشمسية
- وتوجد في دولة المغرب وتعتبر محطة نور أكبر مشروع محطة شمسية في العالم كله.
- ويوجد في منطقة أغادير في بلدية ورززات، يوجد أيضاً في أكثر المناطق عرضة لأشعة الشمس في العالم 2635 كيلو وات لكل متر مربع في السنة الواحدة.
- جاري العمل على تطوير مجمع ورززات بسعة 500 ميغاواط إلى متنزه شمسي، يضم هذا المتنزه عددا من المحطات الشمسية وبتقنيات مختلفة.
- سعة أول محطة في هذا المجمع تصل إلى 160 ميغاواط، وفي أوقات الذروة المسائية تُستخدم ثلاث ساعات من تخزين الطاقة الحرارية لتوفير الطاقة.
- سوف تعتمد شركة نور الثانية على تقنية المعالجة المركزية، وتصل سعتها إلى 200ميغاواط، وسبع ساعات من التخزين.
- يعتبر مشروع نور الثالث مشروع عالمي وصديقاً للبيئة والذي تصل طاقته إلى 150ميغاواط.
- سيتم تطوير المشروع الثالث في مجمع ورززات الشمسي ضمن التطورات المخطط لها.
- مشاريع نور الثلاثة تغطي مساحة 2500 هكتار، وفي عام 2018 ستبدأ شركة نور الثانية والثالثة في توصيل الكهرباء إلى الشبكة.
مشروع الحديقة الشمسية سد لونغ يانغ شيا
- تعتمد هذه الحديقة الشمسية على مساحة 25 كيلومترا مربعا من أربعة ملايين لوحة شمسية.
- في فبراير 2017 أصبحت هذه الحديقة من أكبر المزارع الشمسية في العالم، وذلك بسبب حجمها الهائل وطاقتها التي تصل إلى 850 ميغا وات.
- يقع مشروع الحديقة الشمسية في مقاطعة تشينغهاي الصينية.
- تُنتج هذه الحديقة 220/ ساعة من الكهرباء كل عام، والذي قد يتم استخدامه من قِبل 200ألف منزل.
الخلاصة
- إن مبدأ عمل الخلايا الشمسية قد تم استخدامه منذ عشرات السنين، وسبب انتشار هذه التكنولوجيا في الأوقات الأخيرة.
- هو أن الشركات قد وصلت إلى كفاءة تحويل عالية ولذلك تم تخفيض سعر التصنيع.
- وبواسطة الخلايا الشمسية تُنتج الطاقة الكهربائية بأسعار منافسة للطرق التقليدية لتوليد الكهرباء.
نرشح لك أيضا: أسعار الخلايا الشمسية وأنواعها
وفي نهاية مقالنا عن مبدأ عمل الخلايا الشمسية، نرجو من الله- عز وجل- أن يكون هذا المقال قد نال إعجابكم ونكون استطعنا إفادتكم، ونرجو منكم مشاركة المقال حتى نهايته ليعم النفع والفائدة على الجميع.