الخلايا الشمسية لتوليد الكهرباء تساعد الخلايا الشمسية على تحويل أشعة الشمس إلى كهرباء، ويتم ذلك باستخدام أشباه الموصلات مثل السيليكون الذي يتم استخراجه من الرمال النقية، والطاقة الشمسية مصدر متجدد ونظيف.
استخدام الطاقة الشمسية لتوليد الكهرباء
- من السهل تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية من خلال التحويل الكهروضوئي.
- يعني تحويل الإشعاع الشمسي أو الضوء مباشرة إلى طاقة كهربائية باستخدام الألواح الشمسية.
- أو الكهروضوئية، وهناك بعض المواد التي تدعم التوصيل، مثل السيليكون والجرمانيوم، إلخ.
انظر أيضًا: البحث في الطاقة الشمسية واستخدامها
كهرباء
- وهي من أنواع الطاقة الموجودة في الطبيعة، والكهرباء من ناقلات الطاقة التي يمكن استخدامها في أغراض عديدة.
- يمكن الحصول على الكهرباء من الطبيعة من خلال البرق والاحتكاك، وهذا أمر صعب وغير عملي اقتصاديًا.
- يمكن الحصول على الكهرباء كمصدر أساسي للطاقة من المصادر الطبيعية.
- مثل الطاقة التي تأتي من موارد المياه والرياح والطاقة الشمسية والمد والجزر والأمواج.
طاقة شمسية
- تتلخص في الطاقة المنبعثة من الشمس وأشعتها المتوفرة في كل مكان وتساعد في عملية التمثيل الضوئي.
- ما هي النباتات التي تستخدم في تكوين الغذاء بالإضافة إلى فوائدها البشرية في التدفئة والتبريد والتجفيف وتوليد الكهرباء.
- نقوم بتوليد الطاقة الشمسية من خلال توفير الألواح الشمسية التي تشبه المرايا وتأتي في مجموعة متنوعة من الأشكال والأحجام.
- حيث أن الطاقة التي تأتي من ضوء الشمس تسقط على هذه الألواح الشمسية.
- وهي مصنوعة من مواد تدعم عملية توليد الكهرباء عند امتصاص الضوء وتحويله إلى طاقة كهربائية.
كيف تعمل الألواح الشمسية؟
- تساعد الخلايا الشمسية في تحويل الطاقة الشمسية إلى كهرباء من خلال مجموعة من الخلايا الشمسية.
- تم وضع الألواح بعناية على أسطح المنازل والمباني وفوق مصابيح الشوارع.
- احصل على أكبر قدر ممكن من ضوء الشمس للحصول على الكثير من الطاقة.
- تعتبر الألواح الشمسية أيضًا من أفضل الطرق للحفاظ على البيئة نظيفة وآمنة لأنها لا تضر الأرض.
- يتم تحويل ضوء الشمس إلى طاقة كهربائية من خلال هياكل إلكترونية تسمى الخلايا الشمسية، وهي عبارة عن تأثير لحمل التيار الكهربائي.
أنواع الخلايا الشمسية
هناك عدة أنواع من الخلايا الشمسية بناءً على المواد المستخدمة في إنتاجها والكفاءة الناتجة. يتم تقديمها في ثلاثة أنواع رئيسية، على النحو التالي:
- تتمتع خلايا السيليكون بكفاءات تحويل تصل إلى 22٪ من الكفاءة النظرية.
- تبلغ كفاءة خلايا الأغشية الرقيقة 18٪ وتزعم بعض المعامل أنها رخيصة الثمن وسهلة التصنيع.
- يصعب تصنيع الخلايا الشمسية متعددة الوصلات، وغالبًا ما تكون مصنوعة من مادة أساسها البوتاسيوم، وهناك خلايا بها اتصالان أو ثلاث جهات اتصال، بكفاءة تتراوح من حوالي 35٪، وتكلفتها عالية.
كفاءة الخلايا الشمسية
- يتم تعريف كفاءة الخلايا الشمسية على أنها الطاقة التي تترك الخلية للطاقة الواردة ممثلة بالطاقة الشمسية.
- يتم الحصول على جهد خلية واحدة، وتختلف قيمة التيار المستخرج وفقًا لمساحة الخلية.
- يزداد التيار الكهربائي مع زيادة مساحة السطح، لكن الزيادة في المساحة تؤدي إلى زيادة مقاومة الشلال، مما يؤدي إلى انخفاض كفاءة الخلية.
- تم تصنيع خلايا من مناطق مختلفة للحصول على تيار 2.5-3.5 أمبير لكل خلية.
- أصبح من الممكن توصيل الألواح الشمسية بشكل متوازي ومتسلسل بوحدات توليد الطاقة.
- عند توصيل الخلايا في وحدات كبيرة متسلسلة ومتوازية، يتم الحصول على الطاقة اللازمة.
تطوير الخلايا الشمسية ضمن أربعة أساسيات
- محاولة جعل تكنولوجيا تصنيع الخلايا الشمسية أرخص وأكثر كفاءة.
- تطوير تقنية جديدة مبنية على مشاريع معمارية وهندسية جديدة.
- وتطوير وإنتاج مواد إلكترونية تتمتع بقدرة أكبر على امتصاص الطاقة الشمسية وإطلاق كميات أكبر من الشحنات.
- تطوير العينات الإلكترونية من المواد المتوفرة حاليا وتحسين ظروف إنتاجها.
- وبالتالي، فإن الطاقة الشمسية لها مزايا مهمة، بما في ذلك توافر الطاقة المتجددة والمشتقة والنظيفة.
- إن تقنيتها معروفة وغير معقدة وسهلة التطوير، كما أن استخدامها يوفر مجموعة واسعة من فرص العمل.
- تساهم الطاقة الشمسية بشكل كبير في توفير المتطلبات المادية والبيئية في العالم العربي ويمكن أن تكون كثيفة رأس المال في البداية.
- لكنها لا تحتاج إلى أن تكون المواد الخام متوفرة في الطبيعة إلا أنها لا تتطلب صيانة مستمرة
أنظر أيضا: مشروع الطاقة الشمسية واستخداماته
مراحل تطوير تكنولوجيا الطاقة الشمسية الكهربية
- على مر القرون، استخدم الإنسان طاقة الإشعاع الشمسي بعدة طرق مختلفة في حياته.
- منذ العصور القديمة، حاول الإنسان الاستفادة من الطاقة الشمسية واستخدامها.
- ولكن مع محدودية المدى وتطور التقنيات التكنولوجية الحديثة التي حققها الإنسان اليوم، فقد فتح آفاقًا علمية حديثة لاستغلال الطاقة الشمسية.
- في العصور القديمة، كان يستخدم لحرق السفن الحربية، وكذلك لتدفئة المنازل والمحاصيل الزراعية.
- بالإضافة إلى المواد المذابة وطهي الطعام وتوليد بخار الماء وتقطير الماء.
- تم تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة حرارية وكهربائية من خلال التحويل الكهروضوئي.
- التحويل الحراري للطاقة الشمسية أو الطاقة الكهروضوئية إلى طاقة كهربائية باستخدام الألواح الشمسية.
- تم اكتشاف هذه الظاهرة من قبل علماء الفيزياء في اكتشفوا في القرن التاسع عشر أن الضوء يمكن أن يطلق الإلكترونات من بعض المعادن.
- كما أنجزوا العديد من الدراسات التي تمكنهم من تخزين الطاقة الناتجة والاستفادة منها.
خلال فترة العزل التي يمكن صيانتها بالتخزين الحراري أو الكهربائي والكيميائي والمغناطيسي.
يعتبر هذا البحث من أهم وسائل تطوير استخدامات الطاقة الشمسية، بالإضافة إلى ظهور العديد من أنواع محطات الطاقة المختلفة، مثل:
- محطات البخار والنووية والشمسية وطاقة الرياح وغيرها.
كيف تعمل الألواح الشمسية؟
- الطاقة الشمسية هي المصدر الرئيسي للعديد من الطاقات الموجودة في الطبيعة لأنها واحدة من الطاقات المتجددة التي لا تنضب.
- كما أنها تعتبر من أكثر مصادر الطاقة المتجددة بالإضافة إلى أصولها منذ آلاف السنين.
- تم استخدامه لتسخين المياه وتجفيف بعض المحاصيل حتى لا تتعفن.
- حتى العصر الحديث نجد العديد من الأبحاث والتجارب القائمة على استغلال الطاقة الشمسية.
- في إنتاج الكهرباء، وكذلك في التدفئة وصهر المعادن وغيرها من المجالات.
- نظرًا لزيادة استهلاك الوقود وزيادة استهلاك الطاقة، نجد أن الطاقة الشمسية هي المصدر الأول المحتمل أن يحل محل النفط.
- وحاولت الدول الأكثر تعرضًا للشمس توليد الكهرباء باستخدام الألواح الكهروضوئية التي تحول ضوء الشمس إلى كهرباء.
- الطاقة الحرارية الشمسية هي تقنية جديدة تحول ضوء الشمس إلى كهرباء، والتي يتم استخدامها الآن من قبل مزارع الرياح الأوروبية البحرية.
- أما الخلايا الشمسية فهي تتكون من طبقتين من أشباه الموصلات تعمل عندما تسقط أشعة الضوء على الخلية.
- تمتص ذرات السيليكون جزءًا من الضوء، أي أن مادة الخلية تمتص الطاقة الضوئية.
- تثير هذه الطاقة الإلكترونات غير المقيدة في المادة وتتسبب في تحركها بحرية داخل المادة، وعندما تتعرض هذه الإلكترونات الحرة لمجال كهربائي، فإنها تتحرك جميعًا في نفس الاتجاه، وهذا يعني تيارًا كهربائيًا.
- عندما يتم توصيل طرفي الخلية الكهروضوئية بنقطتي الوصل على السطح العلوي والسفلي للخلية، يمكن إنتاج تيار كهربائي طالما استمر الضوء في السقوط على الخلية الكهروضوئية.
انظر أيضاً: الطاقة المتجددة وأهميتها
وأخيراً أوضح المقال كيف تساهم الطاقة الشمسية في سهولة توليد الكهرباء من خلال ضوء الشمس.