مكونات الخلية الشمسية التي سنعرفها الآن في هذا المقال متوفرة حصريا لكم على، ولا شك أن الخلية الشمسية من الاختراعات التي تفيد البشرية.
يعتبر من الإنجازات الحديثة التي تساعد على زيادة الاعتماد على الطاقة المتجددة من خلال توليد الكهرباء من الشمس.
جدول المحتويات
مكونات الخلايا الشمسية
تتكون الخلية الشمسية من عدة مكونات، وهي:
- زجاج غير عاكس.
- طبقة موصلة كهربائيًا من الأسلاك النحاسية تسمى الكاثود.
- طبقة من بلورات السليكون، والتي يجب أن تكون سالبة الشحنة، ويضاف إليها الفوسفور.
- طبقة من بلورات السيليكون، موجبة الشحنة، مليئة بالثقوب ويضاف إليها عنصر البورون.
- تسمى الطبقة الموصلة كهربائيًا من الأسلاك النحاسية الأنود.
- وتجدر الإشارة إلى أن السيليكون من أهم العناصر لتوليد الطاقة الكهربائية.
راجع أيضًا: استخدام الطاقة الشمسية لتوليد الكهرباء
ما هي الخلية الشمسية؟
الخلية الشمسية سابقة علمية عظيمة واختراع عظيم أفاد البشرية وفتح الباب على مصراعيه لاستخدام الطاقة المتجددة. يمكننا تعريف الخلايا الشمسية على النحو التالي:
- الخلايا الكهروضوئية التي تمتص الفوتونات (أي جزيئات الضوء التي تحمل الطاقة الكهرومغناطيسية، الفوتونات).
- تنبعث هذه الجزيئات من الشمس وتتحول إلى كهرباء.
- تعتمد آلية عمل الخلية الشمسية على التفاعل بين مكوناتها الرئيسية.
المبدأ الوظيفي للخلايا الشمسية
فيما يلي عرض تفصيلي لكيفية عمل الخلايا الشمسية:
- عندما يدخل ضوء الشمس أو فوتونات الضوء إلى سطح الزجاج غير العاكس حيث توجد الخلية الشمسية، تبدأ ذرات السيليكون التي تتحد مع ذرات الفوسفور في تكوين نوع من الحركة في الإلكترونات.
- يتم توليد الشحنات الكهربائية من طبقة الفوسفور اعتمادًا على قوة الإشعاع الشمسي.
- يتم نقل الشحنات الكهربائية المنبعثة من الطبقة السالبة إلى الثقوب الموجودة في الطبقة السفلية والتي تحتوي على إلكترونات موجبة الشحنة.
- هنا، يعمل السيليكون الذي تم دمجه مع البورون على امتصاص الشحنات لإحداث التفاعل.
- يؤدي الانتقال بين الطبقتين إلى إنشاء تيار كهربائي أو فرق جهد كهربائي مستمر ويتدفق عبر الموصل الكهربائي (الكاثود والأنود).
- الخلية الشمسية متصلة بأجهزة كهربائية أو أي مصابيح أو أجهزة كهربائية.
- أصبحت الخلية الشمسية هنا مثل بطارية تحتوي على طاقة شمسية.
أنواع الخلايا الشمسية
أنواع الخلايا الشمسية ثلاثة أنواع ونعرفها كالتالي:
الخلايا الشمسية أحادية البلورية
- هذا النوع اقتصادي إلى حد ما.
- هنا، تتكون الخلايا من بلورة واحدة من السيليكون، مما يمنحها مستوى عالٍ من الكفاءة.
- كمية الطاقة الكهربائية المولدة هي 110 إلى 116 واط لكل متر مربع.
الخلايا الشمسية الكريستالات
- يتكون هذا النوع من رقائق السيليكون التي تم معالجتها كيميائيا.
- تتم معالجتها في أفران تزيد من كفاءتها الكهربائية.
- سطحه مغطى بمجموعة من المواد المضادة للانعكاس بحيث يكون هناك امتصاص كامل لأشعة الشمس.
- كفاءة هذا النوع مقارنة بالنوع الأول هي 9-13٪.
الخلايا الشمسية غير المتبلورة
- يتميز هذا النوع بكفاءة منخفضة وسعر أقل.
- والسبب في ذلك هو ترسب السيليكون على سطح البلاستيك أو الزجاج المستخدم في تصنيع الخلية.
- تتراوح الطاقة الكهربائية المنبعثة بين 3 و 6٪.
اقرأ أيضًا: مكونات الخلايا الشمسية
أصل مصطلح الخلايا الشمسية
يسأل الكثير من الناس عن أصل مصطلح الخلايا الشمسية ومن الواضح أن هذا المصطلح ليس موضوعًا ساخنًا، لكن له تاريخ طويل بسبب:
- يأتي المصطلح من اسم فولتا، عالم فيزياء إيطالي.
- الفولت – وحدة للقوة الدافعة الكهربائية – ومن ثم فإن المصطلح (الكهروضوئية) باللغة الإنجليزية من عام 1849 حتى يومنا هذا.
- تم التعرف على تأثير الخلايا الشمسية لأول مرة في عام 2001 من قبل الفيزيائي الفرنسي بيكريل.
- تم بناء أول خلية شمسية بواسطة Charles Fritz في عام 1883.
- غطى فريتز السيلينيوم شبه الموصّل بطبقة رقيقة من الذهب لتشكيل التقاطعات.
- كانت كفاءة الجهاز في ذلك الوقت حوالي 1٪ فقط.
- في عام 1888، قام الفيزيائي الروسي ألكسندروستوليتوف ببناء أول خلية كهروضوئية بناءً على التأثير الكهروضوئي الخارجي الذي اكتشفه هاينريش هيرتز في عام 1887.
كيف تصنع الخلايا الشمسية؟
يعتمد العلماء على الآلية التالية لتصنيع الخلايا الشمسية:
- يمكن صنع خلية شمسية من شريحتين صغيرتين من النحاس المصقول.
- ضع الشريحتين على سطح ساخن لمدة نصف ساعة تقريبًا حتى يتحول النحاس إلى اللون الأسود.
- بعد ذلك، تتم إزالة طبقة الأكسيد الأسود بعد أن يبرد النحاس.
- طبقة أكسيد النحاس الأحمر التي تشكلت تحتها تُترك كطبقة شبه موصلة.
ما هي مميزات الخلية الشمسية؟
تتعدد مزايا الخلية الشمسية، سواء كان ذلك للاقتصاد أو البيئة.
- مصدر مهم للطاقة المتجددة.
- مصدر طاقة صديق للبيئة حيث يقلل الاعتماد على النفط.
- يتم استخدامها لتشغيل الأقمار الصناعية في الفضاء.
- كما أنها تستخدم في تقطير الماء.
- يلعب دورًا في توليد الطاقة الحرارية والطاقة الكهربائية.
- تتطور التكنولوجيا في مجال الطاقة الشمسية بمرور الوقت، مما يعني أن المستقبل سيجلب لنا تقنيات جديدة وأكثر تقدمًا من الخلايا الشمسية.
انظر هنا: هكذا تعمل الخلية الشمسية
لذلك قمنا معًا بتعريف مكونات الخلية الشمسية ونكرر ونؤكد على أهمية الخلية الشمسية.
تعتبر مصدرا حيويا للطاقة المتجددة، وقلة تكلفتها تجعلها مصدرا ضروريا للاعتماد عليه، خاصة أنها مصدر يدفع بالنفط جانبا، ويوفر للبشرية تكاليفه وأضراره.