تحتوي أشعة الشمس على كمية كبيرة من الفوتونات والطاقة، ومن خلال الطاقة المتجددة يتم تلبية احتياجات الأرض. مع التطورات التي شهدناها في عصرنا والقدرة على تصنيع الخلايا الشمسية، والقدرة على تحويل طاقة الشمس إلى طاقة كهربائية. بدأت
ومن خلال الخلايا الشمسية التي تحتوي على العديد من الخلايا الكهروضوئية وفي هذه المقالة سوف نتعلم المزيد عن مبدأ الخلايا الشمسية.
معنى الخلية الشمسية
- إنه جهاز وجهاز على شكل خلايا موضوعة بجانب بعضها البعض ومن خلال التأثير البصري للضوء.
- يتم تحويل ضوء الشمس إلى كهرباء ويسمى الخلايا الكهروضوئية أو الخلايا الكهروضوئية.
- تم استخدام هذه الخلايا منذ عقود، بدءًا من عام 1996، وتعمل عبر الأقمار الصناعية.
- تعمل هذه الألواح الشمسية على تشغيل محطة الفضاء الدولية.
- تمتلك إسبانيا حاليًا أكبر محطة للطاقة الشمسية بسعة تقارب 23 ميجاوات.
- تخطط إسبانيا لبناء أكبر محطة طاقة بسعة حوالي 154 ميغاوات تعمل بألواح شمسية.
- في الأيام الأولى لتصنيعها، كانت تسمى الخلية الشمسية أو الخلايا الكهروضوئية أو الخلايا الكهروضوئية بالخلية الشمسية حتى يكون لها معنى مختلف.
لتعلم المزيد: ما هي الأدوات التي تحول ضوء الشمس إلى طاقة كهربائية؟
مبدأ عمل الخلايا الشمسية
- توضع الخلايا الشمسية مباشرة تحت أشعة الشمس، ومن ثم تمتص الخلايا أشعة الشمس.
- وتحويلها إلى طاقة كهربائية يستفيد منها الناس في العديد من المجالات والأغراض.
- مما سبق نستنتج أن ضوء الشمس يحل محل ما تفعله المولدات الكهربائية.
- عندما تشرق الشمس، وهذه الأشعة تحتوي على الكثير من الطاقة، تستقبل الألواح الشمسية تلك الطاقة.
- تحتوي هذه الألواح على عدد كبير من الخلايا الشمسية مصطفة بجانب بعضها البعض كما هو محدد.
- تتكون هذه الخلايا بشكل أساسي من السيليكون، وهو عبارة عن أشباه موصلات.
- تتلقى هذه الخلايا الطاقة الشمسية ثم تبدأ في التحرك في عملية الطرد وتشكل مجالًا كهربائيًا.
- يتم بعد ذلك إطلاق الإلكترونات من مادة السيليكون أو أشباه الموصلات ويتم تجميعها في شكل طاقة كهربائية وتنتج تيار كهربائي مستمر، والذي يتم إنتاجه كيميائيًا في البطاريات.
- من خلال محول يسمى العاكس، يتم تحويل التيار الكيميائي Dc إلى تيار متردد يتم استخدامه في الحياة اليومية.
أنواع الخلايا الشمسية
حدثت تطورات في صناعة الخلايا الشمسية، وبالتالي تم إنتاج أنواع مختلفة من هذه الخلايا التي تختلف عن بعضها البعض من حيث الكفاءة والاستخدام ومدة الصلاحية، بما في ذلك:
خلايا بلورية مفردة
- هذه الأنواع من الخلايا مصنوعة من السيليكون.
- وتتميز هذه الخلايا بكفاءة عالية وقدرتها على امتصاص الطاقة الشمسية بنسبة 11٪ -16٪ من خلال إشعاع الشمس الذي يمكن أن تصل قوتها إلى 1000 واط / متر مربع.
- كل متر مربع من هذه الخلايا قادر على إنتاج حوالي 110 واط.
خلايا متعددة الكيسات
- وهي عبارة عن رقائق مكشوطة من بلورات أسطوانية من السيليكون ومن ثم معالجتها كيميائياً في الأفران لتعزيز خصائصها الكهربائية.
- تتراوح كفاءة هذا النوع من الخلايا من 9٪ إلى 13٪.
الخلايا الليمفاوية
- يسهل تصنيع هذا النوع من التكنولوجيا والخلايا، ويكون السيليكون الذي يحتويه على شكل طبقات رقيقة على سطح مصنوع من الزجاج أو البلاستيك.
- وتتراوح كفاءة هذه الخلايا من 3٪ إلى 6٪ تقريبًا.
- هذا النوع من الخلايا مناسب للمناطق التي تتطلب 40 وات أو أقل.
أنظر أيضا: تطبيقات على استخدام الألواح الشمسية
السيليكون في الخلايا الشمسية
- تحتوي ذرة السيليكون على 14 إلكترونًا، حيث يتمدد المدار الأول إلى إلكترونين، والثاني يحتوي على ما يصل إلى ثمانية إلكترونات، وكلاهما مدارات مستقرة.
- يحتوي المدار الثالث على أربعة إلكترونات وهذا المدار غير مستقر لذا فهو يحتاج إلى 4 إلكترونات مختلفة لإكمال المدار.
- يتم ربط ذرة السيليكون بذرة سيليكون أخرى للحفاظ على استقرارها وفي النهاية لدينا ما نسميه السيليكون البلوري.
- يعتبر السيليكون البلوري ضروريًا لعمل الخلية لأنه يمنع وجود الإلكترونات الحرة التي تساهم في تكوين التيار الكهربائي من خلال الطاقة الشمسية.
- يتم تعديل ذرات السليكون بشكل طفيف لتلائم مبدأ الخلايا الشمسية، ويتم حل هذه المشكلة عن طريق خلط السيليكون ببعض الشوائب مثل ذرة الفوسفور.
- تحتوي ذرة الفوسفور على 5 إلكترونات في مدارها الخارجي الأخير، لذا فهي غير قادرة على الارتباط بذرات السيليكون المجاورة لها.
- وهناك إلكترون واحد ليس له ارتباط به، وبعض الإلكترونات تهرب من أشعة الشمس وتترك فجوة.
- تسمى هذه الإلكترونات الموجودة في الخلية الشمسية بالناقلات الحرة.
- يأتي السيليكون على نوعين: السليكون السالب ويحتوي على الفوسفور كشوائب، والسيليكون الموجب، وهذا النوع يضاف إلى عنصر البورون الذي يحتوي على 3 إلكترونات في مداره الأخير.
- بناءً على ما سبق، يتم تكوين مجال كهربائي يمكن من خلاله أن تتحرك الإلكترونات الحرة بطريقة منظمة لتوليد تيار كهربائي يمكننا الاستفادة منه.
أضخم مشاريع الخلايا الشمسية
مشروع نور للطاقة الشمسية
- تقع في محافظة المغرب، ومحطة نوري هي أكبر مشروع محطة للطاقة الشمسية في العالم.
- تقع في منطقة أغادير في بلدية ورزازات، وهي أيضًا واحدة من أكثر المناطق الشمسية شهرة في العالم حيث تبلغ 2635 كيلووات للمتر المربع سنويًا.
- يجري العمل على تحويل مجمع ورزازات بقدرة 500 ميجاوات إلى حديقة للطاقة الشمسية، والتي تضم عددًا من محطات الطاقة الشمسية بتقنيات مختلفة.
- تصل قدرة المحطة الأولى في هذا المجمع إلى 160 ميغاواط، وتستخدم ثلاث ساعات من تخزين الطاقة الحرارية لتوفير الطاقة خلال ساعات الذروة المسائية.
- سيعتمد نور 2 على تقنية معالجة مركزية بقدرة 200 ميغاوات وسبع ساعات من التخزين.
- مشروع نور الثالث هو مشروع عالمي وصديق للبيئة بطاقة 150 ميغاوات.
- سيتم تطوير المشروع الثالث في مجمع ورزازات للطاقة الشمسية في إطار التطورات المخطط لها.
- تغطي مشاريع نور الثلاثة مساحة 2500 هكتار، وفي عام 2018 ستبدأ شركتا نور الثانية والثالثة في توفير الكهرباء للشبكة.
مشروع Long Yang Xia Dam للطاقة الشمسية
- تعتمد هذه الحديقة الشمسية على أربعة ملايين لوحة شمسية على مساحة 25 كيلومترًا مربعًا.
- في فبراير 2017، أصبحت هذه الحديقة واحدة من أكبر مزارع الطاقة الشمسية في العالم نظرًا لحجمها الهائل وقدرتها البالغة 850 ميجاوات.
- يقع مشروع حديقة الطاقة الشمسية في مقاطعة تشينغهاي الصينية.
- تنتج هذه الحديقة 220 / ساعة من الكهرباء كل عام، والتي يمكن أن تزود 200000 منزل بالطاقة.
استنتاج
- تم استخدام مبدأ تشغيل الخلايا الشمسية منذ عقود وسبب انتشار هذه التقنية في الآونة الأخيرة.
- أي أن الشركات حققت كفاءة تحويل عالية، وبالتالي انخفضت تكلفة الإنتاج.
- تنتج الألواح الشمسية الكهرباء بأسعار منافسة للطرق التقليدية لتوليد الكهرباء.
كما نقدم أسعار وأنواع الألواح الشمسية
في ختام مقالنا عن كيفية عمل الخلايا الشمسية نتمنى من الله تعالى أن يحظى هذا المقال بإعجابكم وأننا استطعنا إفادةكم، ونرجو مشاركة المقال حتى النهاية. يستفيد وينتشر على الجميع.