تحتوي أشعة الشمس على الكثير من الفوتونات والطاقة، والطاقة المتجددة تزود العالم باحتياجاته، ومع التقدم الذي نشهده في عصرنا والقدرة على تصنيع الخلايا الشمسية، بدأ الاستفادة من تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية.
ويتم ذلك من خلال الألواح الشمسية التي تحتوي على العديد من الخلايا الكهروضوئية وفي هذه المقالة سوف نتعلم المزيد عن مبدأ الخلايا الشمسية.
جدول المحتويات
أهمية الخلية الشمسية
- إنه جهاز وآلة تم إنشاؤها على شكل خلايا مكدسة جنبًا إلى جنب ومن خلال التأثير البصري للضوء.
- يتم تحويل ضوء الشمس إلى كهرباء ويسمى الخلايا الكهروضوئية أو الخلايا الكهروضوئية.
- تم استخدام هذه الخلايا منذ عقود، منذ عام 1996، ويتم تشغيلها عبر الأقمار الصناعية.
- تعمل هذه الخلايا الشمسية على تشغيل محطة الفضاء الدولية.
- يوجد في إسبانيا حاليًا أكبر محطة للطاقة تعمل بالطاقة الشمسية ويبلغ إنتاجها حوالي 23 ميجاوات.
- من المقرر بناء أكبر محطة للطاقة بطاقة إنتاجية تبلغ حوالي 154 ميغاوات، والتي سيتم تشغيلها بالخلايا الشمسية، في إسبانيا.
- في الأيام الأولى من تصنيعها، تمت الإشارة إلى الخلية الشمسية أو الخلايا الكهروضوئية أو الخلايا الكهروضوئية على أنها بطارية شمسية إلى أن كان لها معنى مختلف.
لمعرفة المزيد: ما هي الأدوات التي تحول ضوء الشمس إلى طاقة كهربائية
المبدأ الوظيفي للخلايا الشمسية
- توضع الخلايا الشمسية مباشرة تحت أشعة الشمس، ومن ثم تمتص هذه الخلايا أشعة الشمس.
- وتحويلها إلى طاقة كهربائية تعود بالنفع على الناس في العديد من المجالات والأغراض.
- مما سبق نستنتج أن ضوء الشمس يعمل كبديل لما تفعله المولدات الكهربائية.
- عندما تشرق الشمس وتحتوي هذه الأشعة على الكثير من الطاقة، تستقبل الألواح الشمسية هذه الطاقة.
- تحتوي هذه الألواح على عدد كبير من الخلايا الشمسية، والتي تصطف كما ذكرنا.
- تتكون هذه الخلايا بشكل أساسي من السيليكون، وهو شبه موصل.
- تتلقى هذه الخلايا الطاقة الشمسية ثم في عملية الطرد تبدأ في الحركة وتشكل مجالًا كهربائيًا.
- ثم تنفصل الإلكترونات عن مادة السليكون أو مادة أشباه الموصلات، وتتجمع في شكل طاقة كهربائية وتولد التيار المستمر الذي يتولد في البطاريات بواسطة عملية كيميائية.
- من خلال محول يسمى العاكس، يتم تحويل التيار الكيميائي Dc إلى تيار متردد، والذي يستخدم في الحياة اليومية.
أنواع الخلايا الشمسية
حدثت تطورات في مجال صناعة الخلايا الشمسية، وبالتالي تم إنتاج أنواع مختلفة من هذه الخلايا، تختلف عن بعضها البعض من حيث الكفاءة والاستخدام والمتانة، بما في ذلك:
خلايا أحادية البلورية
- هذا النوع من الخلايا مصنوع من السيليكون.
- وتتميز هذه الخلايا بكفاءة عالية وقدرتها على امتصاص الطاقة الشمسية من 11٪ إلى 16٪ من خلال الإشعاع المنبعث من الشمس والتي يمكن أن تصل قوتها إلى 1000 واط لكل متر مربع.
- يمكن أن يولد كل متر مربع من هذه الخلايا حوالي 110 واط.
خلايا متعددة البلورات
- وهي عبارة عن رقائق مكشوطة من بلورات أسطوانية من السيليكون، ثم يتم معالجتها كيميائياً في الأفران لتحسين خواصها الكهربائية.
- هذا النوع من الخلايا له كفاءة من 9٪ إلى 13٪.
الخلايا الليمفاوية
- يسهل تصنيع هذا النوع من التكنولوجيا والخلايا، ويتخذ السيليكون الذي تحتويه شكل طبقات رقيقة على سطح زجاجي أو بلاستيكي.
- تتراوح كفاءة هذه الخلايا بين 3٪ و 6٪ تقريبًا.
- هذا النوع من الخلايا مناسب للمناطق التي تتطلب 40 واط أو أقل.
راجع أيضًا: تطبيقات لاستخدام الخلايا الشمسية
السيليكون في الخلايا الشمسية
- تحتوي ذرة السليكون على 14 إلكترونًا، المدار الأول الذي تتسع فيه لتصل إلى إلكترونين والمداري الثاني فيه ما يصل إلى ثمانية إلكترونات، وكلاهما مدارات مستقرة.
- يحتوي المدار الثالث على أربعة إلكترونات وهذا المدار غير مستقر لذلك يتطلب 4 إلكترونات مختلفة لإكمال المدار.
- ذرة السيليكون مرتبطة بذرة سيليكون أخرى للحفاظ على ثباتها وأخيراً لدينا ما نسميه السيليكون البلوري.
- السليكون البلوري ضروري لعمل الخلية لأنه يمنع وجود الإلكترونات الحرة التي تساعد في تكوين التيار الكهربائي من الطاقة الشمسية.
- يتم تعديل ذرات السيليكون قليلاً لتلائم مبدأ الخلايا الشمسية ويتم حل هذه المشكلة عن طريق خلط السيليكون ببعض الشوائب مثل ذرة الفوسفور.
- تحتوي ذرة الفوسفور في مدارها الخارجي الأخير على 5 إلكترونات، وبالتالي لا يمكنها الارتباط بذرات السيليكون المجاورة لها.
- وهناك إلكترون لا يمكن لأحد أن يتصل به، وتهرب بعض الإلكترونات وتترك فجوة نتيجة سقوط أشعة الشمس.
- تسمى هذه الإلكترونات في الخلية الشمسية ناقلات الشحن المجاني.
- هناك نوعان من السيليكون، السليكون السالب، الذي يحتوي على الفسفور كشوائب، والسيليكون الموجب، وهذا النوع يضاف إلى عنصر البورون الذي يحتوي على 3 إلكترونات في مداره النهائي.
- بناءً على ما سبق، يتم إنشاء مجال كهربائي يمكن من خلاله أن تتحرك الإلكترونات الحرة بانتظام، مما يسمح بإنشاء تيار كهربائي يمكننا الاستفادة منه.
أضخم مشاريع الخلايا الشمسية
مشروع نور للطاقة الشمسية
- تقع في دولة المغرب وتعتبر محطة نور للطاقة أكبر مشروع للطاقة الشمسية في العالم.
- في منطقة أغادير التابعة لبلدية ورزازات، يوجد 2635 كيلووات للمتر المربع سنويًا حتى في أكثر مناطق العالم تعرضًا للشمس.
- يجري العمل على توسيع مجمع ورزازات بقدرة 500 ميجاوات إلى مزرعة شمسية ستشمل صفائف شمسية متعددة بتقنيات مختلفة.
- تصل قدرة المحطة الأولى في هذا المجمع إلى 160 ميغاواط، وفي أوقات الذروة المسائية تستخدم ثلاث ساعات من تخزين الطاقة الحرارية لتوفير الطاقة.
- سيعتمد نور 2 على تقنية المعالجة المركزية بقدرة 200 ميغاوات وسبع ساعات من التخزين.
- مشروع نور الثالث هو مشروع عالمي وصديق للبيئة بطاقة 150 ميغاوات.
- المشروع الثالث قيد التطوير كجزء من التطورات المخطط لها في مجمع ورزازات للطاقة الشمسية.
- تغطي مشاريع نور الثلاثة مساحة 2500 هكتار، وفي عام 2018 ستبدأ شركتا نور الثانية والثالثة في تغذية الشبكة بالكهرباء.
مشروع مزرعة الطاقة الشمسية Long Yang Xia Dam
- تقع هذه الحديقة الشمسية على مساحة 25 كيلومترًا مربعًا من أربعة ملايين وحدة شمسية.
- في فبراير 2017، أصبحت هذه الحديقة واحدة من أكبر حدائق الطاقة الشمسية في العالم نظرًا لحجمها الهائل وقدرتها البالغة 850 ميجاوات.
- يقع مشروع حديقة الطاقة الشمسية في مقاطعة تشينغهاي، الصين.
- تنتج هذه الحديقة 220 / ساعة من الكهرباء كل عام، والتي يمكن أن يستخدمها 200000 منزل.
استنتاج
- تم استخدام مبدأ عمل الخلايا الشمسية منذ عقود وهو سبب انتشار هذه التقنية في الآونة الأخيرة.
- هو أن الشركات حققت كفاءة تحويل عالية وبالتالي تم تخفيض سعر التصنيع.
- تولد الخلايا الشمسية طاقة كهربائية بأسعار منافسة للطرق التقليدية لتوليد الكهرباء.
نوصي أيضًا بما يلي: أسعار الخلايا الشمسية وأنواعها
في ختام مقالنا عن مبدأ عمل الخلايا الشمسية نتمنى من الله تعالى أن ينال هذا المقال اعجابكم واستطعنا أن نفيدكم ونطلب منكم مشاركة المقال حتى النهاية لنشر الفوائد و فوائد للجميع.