سنتعرف الآن على مكونات الخلية الشمسية في هذه المقالة المتوفرة حصريا لكم على موقع جديد اليوم وبدون أدنى شك تعتبر الخلية الشمسية من الاختراعات التي تفيد البشرية.
يعتبر من التطورات الحديثة التي تلعب دورًا في زيادة الاعتماد على مصادر الطاقة المتجددة من خلال توليد الكهرباء من الشمس.
مكونات الخلايا الشمسية
تتكون الخلية الشمسية من عدة مكونات، وهي:
- زجاج غير عاكس.
- تسمى طبقة الأسلاك النحاسية التي توصل الكهرباء بالكاثود.
- طبقة من بلورات السليكون التي يجب أن تكون سالبة الشحنة ويضاف إليها الفوسفور.
- تمتلئ طبقة من بلورات السيليكون موجبة الشحنة 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 في توليد الطاقة الكهربائية.
راجع أيضًا: استخدام الطاقة الشمسية لتوليد الكهرباء
ما المقصود بالخلية الشمسية؟
الخلية الشمسية سابقة علمية عظيمة واختراع عظيم أفاد البشرية وفتح الباب على مصراعيه لاستخدام مصادر الطاقة المتجددة. يمكننا تعريف الألواح الشمسية على النحو التالي:
- العناصر الكهروضوئية التي تمتص الفوتونات (جسيمات الضوء التي تحمل الطاقة الكهرومغناطيسية، الفوتونات).
- تنبعث هذه الجزيئات من الشمس وتتحول إلى تيار كهربائي.
- أما آلية عمل الخلية الشمسية فتعتمد على التفاعل بين مكوناتها الرئيسية.
مبدأ تشغيل الألواح الشمسية
فيما يلي عرض تفصيلي لكيفية عمل الخلايا الشمسية:
- عندما يضرب ضوء الشمس أو فوتونات الضوء سطح الزجاج المضاد للانعكاس إلى مكان الخلية الشمسية، تبدأ ذرات السيليكون المترابطة مع ذرات الفوسفور في تكوين حركة غريبة في الإلكترونات.
- تتشكل الشحنات الكهربائية من خلال طبقة الفوسفور اعتمادًا على قوة الإشعاع الشمسي.
- تنتقل الشحنات الكهربائية المنبعثة من الطبقة السالبة من خلال ثقوب في الطبقة السفلية تحتوي على إلكترونات موجبة الشحنة.
- هنا، يمتص السيليكون الذي تم دمجه مع البورون الشحنات لإحداث التفاعل.
- نتيجة للانتقال بين الطبقتين، يتشكل هنا تيار كهربائي أو فرق جهد كهربائي، وهو مستمر ويمر عبر الموصل الكهربائي (الكاثود والأنود).
- اللوح الشمسي متصل بأجهزة كهربائية، أو أي مصابيح، أو معدات كهربائية.
- أصبحت الخلية الشمسية هنا كبطارية تحتوي على طاقة شمسية.
أنواع الخلايا الشمسية
أما أنواع الخلايا الشمسية فهي من ثلاثة أنواع ونعرفها كالآتي:
الخلايا الشمسية أحادية البلورية
- هذا النوع أكثر اقتصادا إلى حد ما.
- تتكون العناصر هنا من بلورة واحدة من السيليكون، مما يوفر لها كفاءة عالية.
- كمية الكهرباء المولدة من 110 إلى 116 وات للمتر المربع.
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، والتي بفضلها يتم امتصاص أشعة الشمس بالكامل.
- 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 إنتاج الخلية.
- وتتراوح كمية الطاقة الكهربائية المنبعثة منه من 3 إلى 6٪.
اقرأ أيضًا: مكونات الألواح الشمسية
أصل مصطلح الألواح الشمسية
يسأل الكثير من الناس عن أصل مصطلح الألواح الشمسية، وبالطبع هذا المصطلح ليس نتاجًا للحظة، لكن له تاريخ طويل، حيث:
- يأتي المصطلح من اسم فولتا، عالم فيزياء إيطالي.
- الفولت هو وحدة للقوة الدافعة الكهربائية – ومن هنا جاء مصطلح (كهروضوئي) باللغة الإنجليزية من عام 1849 إلى الوقت الحاضر.
- تم التعرف على تأثير الخلايا الشمسية لأول مرة في العام من قبل الفيزيائي الفرنسي بيكريل.
- تم بناء أول خلية شمسية عام 1883 على يد تشارلز فريتز.
- قام فريتز بطلاء أشباه موصلات السيلينيوم بطبقة رقيقة من الذهب لتشكيل المركبات.
- كانت كفاءة الجهاز في ذلك الوقت حوالي 1٪ فقط.
- في عام 1888، قام الفيزيائي الروسي ألكسندر ستوليتوف ببناء أول خلية كهروضوئية بناءً على تأثير الصورة الخارجي الذي اكتشفه هاينريش هيرتز في عام 1887.
كيف تصنع الخلايا الشمسية؟
يعتمد العلماء على الآلية التالية لإنتاج الخلايا الشمسية:
- يمكن صنع خلية شمسية باستخدام شريحتين صغيرتين من النحاس المصقول.
- ضع الشريحتين على سطح ساخن لمدة نصف ساعة تقريبًا حتى يتحول النحاس إلى اللون الأسود.
- بعد ذلك، تتم إزالة الطبقة المؤكسدة السوداء بعد أن يبرد النحاس.
- طبقة أكسيد النحاس الأحمر التي تشكلت تحتها بقايا لتعمل كطبقة شبه موصلة.
ما هي مزايا الألواح الشمسية؟
فوائد الألواح الشمسية عديدة، اقتصاديًا وبيئيًا. تشمل هذه الفوائد:
- مصدر مهم للطاقة المتجددة.
- مصدر طاقة نظيف بيئيًا، حيث يقلل الاعتماد على النفط.
- يتم استخدامها لتشغيل الأقمار الصناعية في الفضاء.
- كما أنها تستخدم في عملية تقطير الماء.
- يلعب دورًا في إنتاج الطاقة الحرارية والطاقة الكهربائية.
- تتطور تكنولوجيا الطاقة الشمسية مع مرور الوقت، مما يعني أن المستقبل سيجلب لنا خلايا شمسية جديدة وأكثر تقدمًا.
انظر هنا: كيف تعمل الخلية الشمسية
لذلك حددنا مكونات الخلية الشمسية معًا ونكرر ونؤكد أهمية الخلية الشمسية.
تعتبر مصدرا حيويا للطاقة المتجددة، وقلة تكلفتها تجعلها مصدرا ضروريا للاعتماد عليه، خاصة أنها مصدر يدفع بالنفط جانبا، ويحفظ البشرية من تكاليفه وأضراره.