مكونات الخلية الشمسية التي سنتعرف عليها الآن في هذا المقال، متوفرة حصرياً لكم على موقع القلعة، ولا شك أن الخلية الشمسية من الاختراعات التي أفادت البشرية.
وتعتبر من أحدث الإنجازات التي لها دورها في تعزيز الاعتماد على الطاقة المتجددة من خلال توليد الكهرباء من الشمس.
مكونات الخلايا الشمسية
تتكون الخلية الشمسية من العديد من المكونات وهي:
- زجاج غير عاكس.
- طبقة من الأسلاك النحاسية التي توصل الكهرباء تسمى الكاثود.
- طبقة من بلورات السليكون التي يجب أن تكون سالبة الشحنة ويضاف إليها الفوسفور.
- طبقة من بلورات السيليكون، موجبة الشحنة، مليئة بالثقوب، ويضاف إليها عنصر البورون.
- تسمى طبقة الأسلاك النحاسية التي توصل الكهرباء بالقطب الموجب.
- وتجدر الإشارة هنا إلى أن السيليكون من أهم العناصر التي تساعد على إنتاج الطاقة الكهربائية.
أنظر أيضا: استخدام الطاقة الشمسية لتوليد الكهرباء
ما المقصود باللوحة 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 (وهي جزيئات من الضوء تحمل الطاقة الكهرومغناطيسية – الفوتونات).
- تنبعث هذه الجزيئات من الشمس وتتحول إلى تيار كهربائي.
- أما آلية عمل الخلية الشمسية فتعتمد على تفاعل مكوناتها الرئيسية.
مبدأ عمل الخلايا الشمسية
فيما يلي عرض تفصيلي لكيفية عمل الألواح الشمسية.
- عندما يدخل ضوء الشمس أو فوتونات الضوء إلى السطح الزجاجي غير العاكس الذي يضم الخلية الشمسية، تبدأ ذرات السيليكون التي تتحد مع ذرات الفوسفور في إحداث نوع من حركة الإلكترون.
- يتم توليد الشحنات الكهربائية من خلال طبقة الفوسفور اعتمادًا على شدة الإشعاع الشمسي.
- يتم نقل الشحنات الكهربائية المنبعثة من الطبقة السالبة إلى الثقوب الموجودة في الطبقة السفلية، والتي تحتوي على إلكترونات موجبة الشحنة.
- وهنا يعمل السليكون الممزوج بالبورون على امتصاص الشحنات المسببة للتفاعل.
- نتيجة للانتقال بين الطبقتين، ينتج هنا تيار كهربائي أو فرق في الجهود الكهربائية، وهو مستمر ويمر عبر الموصل الكهربائي (الكاثود والأنود).
- اللوحة الشمسية متصلة بأجهزة كهربائية أو أي مصابيح أو معدات كهربائية.
- أصبحت البطارية الشمسية هنا بطارية تحتوي على طاقة شمسية.
أنواع الخلايا الشمسية
أما أنواع الخلايا الشمسية فهي من ثلاثة أنواع ونعرفها كالتالي.
الخلايا الشمسية أحادية البلورية
- هذا النوع أكثر اقتصادا بقليل.
- تتكون الخلايا هنا من بلورة واحدة من السيليكون، مما يمنحها كفاءة عالية.
- كمية الطاقة الكهربائية المنتجة هي 110 إلى 116 واط لكل متر مربع.
الخلايا الشمسية الكريستالات
- يتكون هذا النوع من رقائق السيليكون التي تم معالجتها كيميائيا.
- يتم معالجتها بأفران تزيد من كفاءتها الكهربائية.
- سطحه مغطى بمجموعة من المواد المضادة للانعكاس، لذلك يتم امتصاص الأشعة الشمسية بالكامل.
- كفاءة هذا النوع 9-13٪ مقارنة بالنوع الأول.
الخلايا الشمسية غير المتبلورة
- يتميز هذا النوع بالكفاءة المنخفضة والتكلفة المنخفضة.
- يحدث هذا بسبب ترسب السيليكون على سطح البلاستيك أو الزجاج المستخدم في تصنيع الخلايا.
- وتتراوح كمية الطاقة الكهربائية المنبعثة منه من 3 إلى 6٪.
اقرأ أيضًا: مكونات الخلايا الشمسية
أصل مصطلح الخلايا الشمسية
يسأل الكثير من الناس عن أصل مصطلح الخلايا الشمسية، وبالطبع هذا المصطلح ليس نتاجًا للحظة، لكن له تاريخ طويل للأسباب التالية:
- المصطلح يأتي من الفيزيائي الإيطالي فولتا.
- فولت، وهي وحدة للقوة الدافعة الكهربائية، ومن هنا جاء مصطلح (الكهروضوئية) باللغة الإنجليزية من عام 1849 حتى الوقت الحاضر.
- تم التعرف على تأثير الخلايا الشمسية لأول مرة من قبل الفيزيائي الفرنسي بيكريل.
- تم بناء أول خلية شمسية عام 1883 على يد تشارلز فريتز.
- قام فريتز بطلاء السيلينيوم شبه الموصّل بطبقة رقيقة من الذهب لتشكيل التقاطعات.
- كانت كفاءة الجهاز في ذلك الوقت حوالي 1٪ فقط.
- في عام 1888، بنى الفيزيائي الروسي ألكسندروستوليتوف أول خلية كهروضوئية بناءً على التأثير الكهروضوئي الخارجي الذي اكتشفه هاينريش هيرتز في عام 1887.
كيف تصنع الخلايا الشمسية؟
يعتمد العلماء على الآلية التالية لإنتاج خلية شمسية.
- يمكن صنع خلية شمسية باستخدام شريحتين صغيرتين من النحاس المصقول.
- ضع الطبقتين على سطح ساخن لمدة نصف ساعة تقريبًا حتى يتحول النحاس إلى اللون الأسود.
- بعد ذلك، بعد تبريد النحاس، تتم إزالة الطبقة المؤكسدة السوداء.
- تظل طبقة أكسيد النحاس الأحمر المتكونة أدناه كطبقة شبه موصلة.
ما هي مزايا الألواح الشمسية؟
فوائد الألواح الشمسية كثيرة، سواء كانت للاقتصاد أو البيئة. من بين هذه المزايا:
- مصدر مهم للطاقة المتجددة.
- مصدر طاقة صديق للبيئة حيث يقلل الاعتماد على النفط.
- يتم استخدامها لتشغيل الأقمار الصناعية في الفضاء.
- كما أنها تستخدم في عملية تقطير الماء.
- لها دور في توليد الطاقة الحرارية والكهربائية.
- تتطور التكنولوجيا في مجال الطاقة الشمسية مع مرور الوقت، مما يعني أن المستقبل سيجلب لنا شيئًا جديدًا وأكثر تقدمًا من الألواح الشمسية.
انظر هنا كيف تعمل الألواح الشمسية
لذلك قمنا معًا بتعريف مكونات الخلية الشمسية ونكرر ونؤكد أهمية الخلية الشمسية.
تعتبر مصدرا حيويا للطاقة المتجددة، وقلة تكلفتها تجعلها مصدرا ضروريا يمكن الاعتماد عليه، لا سيما أنها تحل محل النفط وتوفر على البشرية تكاليفه وأضراره.