الألواح الشمسية لتوليد الكهرباء تساعد الخلايا الشمسية في تحويل أشعة الشمس إلى كهرباء، ويتم ذلك بمساعدة أشباه الموصلات مثل السيليكون الذي يتم استخراجه من الرمال النقية، وتعتبر الطاقة الشمسية مصدرًا متجددًا ونظيفًا.
استخدام الطاقة الشمسية لتوليد الكهرباء
- من السهل تحويل الطاقة الشمسية إلى كهرباء من خلال التحويل الكهروضوئي.
- وهذا يعني تحويل الإشعاع الشمسي أو الضوء مباشرة إلى طاقة كهربائية بواسطة الخلايا الشمسية.
- أو الكهروضوئية، وهناك بعض المواد التي تدعم التوصيل، مثل السيليكون والجرمانيوم وغيرها.
انظر أيضًا: البحث في الطاقة الشمسية واستخداماتها
كهرباء
- وهي من أنواع الطاقة التي تحدث في الطبيعة، والكهرباء من ناقلات الطاقة التي يمكن استخدامها في العديد من الأغراض.
- يمكن الحصول على الكهرباء من الطبيعة باستخدام البرق والاحتكاك، وهو أمر صعب وغير عملي اقتصاديًا.
- يمكن الحصول على الكهرباء كمصدر رئيسي للطاقة من المصادر الطبيعية.
- مثل الطاقة المشتقة من موارد المياه والرياح والطاقة الشمسية والمد والجزر والأمواج.
طاقة شمسية
- إنه موجود في الطاقة المنبعثة من الشمس وأشعتها، والتي تتوفر في كل مكان وتساعد في عملية التمثيل الضوئي.
- ما هي النباتات التي تستخدم في تكوين الغذاء، بالإضافة إلى استخدامها للإنسان في التدفئة وإعادة التسخين وتجفيف الطعام وتوليد الكهرباء.
- نحصل على الطاقة الشمسية من الألواح الشمسية التي تشبه المرايا وتأتي بأشكال وأحجام مختلفة.
- كيف تسقط الطاقة القادمة من ضوء الشمس على هذه الألواح الشمسية.
- وهي مصنوعة من مواد تدعم عملية توليد الكهرباء عند امتصاص الضوء وتحويله إلى طاقة كهربائية.
كيف تعمل الألواح الشمسية
- تساعد الألواح الشمسية في تحويل الطاقة الشمسية إلى كهرباء من خلال مجموعة من الخلايا الشمسية.
- تم تثبيت الألواح بعناية على أسطح المنازل والمباني وأضواء الشوارع.
- للحصول على أكبر قدر ممكن من ضوء الشمس للحصول على الكثير من الطاقة.
- تعد الألواح الشمسية أيضًا واحدة من أفضل الطرق للحفاظ على البيئة نظيفة ومحمية لأنها لا تضر الأرض.
- يتم تحويل ضوء الشمس إلى طاقة كهربائية من خلال هياكل إلكترونية تسمى الخلايا الشمسية، وهي التأثير الذي يحمل التيار الكهربائي.
أنواع الخلايا الشمسية
تأتي الخلايا الشمسية في عدة أنواع حسب المواد المستخدمة في صنعها والكفاءة الناتجة، وتأتي في ثلاثة أنواع رئيسية:
- تتمتع عناصر السيليكون بكفاءة تحويل تصل إلى 22٪ من النظري.
- تبلغ كفاءة خلايا الأغشية الرقيقة 18٪ وتطالب بها بعض المعامل لأنها رخيصة وسهلة التصنيع.
- الخلايا الشمسية متعددة الوصلات، والتي غالبًا ما تكون مصنوعة من مادة قائمة على البوتاسيوم ولها خلايا ذات اتصالين أو ثلاث جهات اتصال، تتمتع بكفاءة تبلغ حوالي 35٪، ويصعب تصنيعها وتكلفتها عالية.
كفاءة الألواح الشمسية
- يتم تعريف كفاءة الخلايا الشمسية على أنها خرج الطاقة للخلية لإدخال الطاقة إليها، ممثلة بطاقة الشمس.
- تم الحصول على جهد خلية واحدة، وتباينت قيمة التيار المنطلق اعتمادًا على مساحة سطح الخلية.
- يزداد التيار الكهربائي مع زيادة مساحة السطح، لكن زيادة مساحة السطح تؤدي إلى زيادة مقاومة الشلال، مما يؤدي إلى انخفاض كفاءة الخلية.
- للحصول على تيار 2.5-3.5 أمبير لكل عنصر، يتم إنتاج عناصر من مناطق مختلفة.
- أصبح من الممكن توصيل الألواح الشمسية بالتوازي وعلى التوالي لتشكيل وحدات لتوليد الطاقة الكهربائية.
- عندما يتم توصيل الخلايا في سلسلة ومتوازية في كتل كبيرة، يتم الحصول على الطاقة اللازمة.
تطوير الخلايا الشمسية تحت أربعة أسس
- محاولة جعل تكنولوجيا تصنيع الخلايا الشمسية أقل تكلفة وأكثر كفاءة.
- تطوير تقنيات جديدة مبنية على مشاريع معمارية وهندسية جديدة.
- وكذلك تطوير وإنتاج مواد إلكترونية ذات قدرة أكبر على امتصاص الطاقة الشمسية وإطلاق الشحنات بكميات أكبر.
- تطوير الهياكل الإلكترونية للمواد المتاحة حاليًا وتحسين ظروف إنتاجها.
- لذلك، تتمتع الطاقة الشمسية بمزايا مهمة، بما في ذلك توفر الطاقة المتجددة والمشتقة والنظيفة.
- أساليبها معروفة وبسيطة وسهلة الإتقان، كما أن استخدامها يوفر مجموعة واسعة من فرص العمل.
- تساهم الطاقة الشمسية بشكل كبير في المتطلبات المادية والبيئية للعالم العربي، وقد تتطلب رأس مال في البداية.
- لكن هذا لا يتطلب أن تكون المادة الخام متوفرة في الطبيعة، بصرف النظر عن حقيقة أنها لا تتطلب صيانة مستمرة
شاهد أيضاً: مشروع الطاقة الشمسية واستخداماته
مراحل تطور تكنولوجيا الطاقة الشمسية
- لقرون، استفاد الإنسان من طاقة الإشعاع الشمسي في مختلف مجالات حياته.
- منذ العصور القديمة، حاول الإنسان الاستفادة من الطاقة الشمسية واستخدامها.
- ولكن إلى حد محدود ومع تطور الأساليب التكنولوجية الحديثة التي حققها الإنسان اليوم، فتح آفاقًا علمية حديثة لاستخدام الطاقة الشمسية.
- في العصور القديمة، كان يستخدم لحرق السفن الحربية، وكذلك لتدفئة المنازل والمحاصيل الزراعية.
- بالإضافة إلى المواد الذائبة وطهي الطعام وتوليد البخار وتقطير الماء.
- تم تحويل الطاقة الشمسية إلى حرارة وكهرباء باستخدام التحويل الكهروضوئي.
- التحويل الحراري للطاقة الشمسية أو الطاقة الكهروضوئية إلى طاقة كهربائية باستخدام الخلايا الشمسية.
- اكتشف الفيزيائيون هذه الظاهرة في القرن التاسع عشر الميلادي، حيث اكتشفوا أن الضوء يمكن أن يطلق الإلكترونات من معادن معينة.
- كما أنجزوا العديد من الأبحاث التي تتيح لهم تخزين الطاقة المتولدة والاستفادة منها.
خلال فترة التشميس، والتي يمكن تخزينها عن طريق التخزين 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 الطاقة البخارية والنووية والشمسية وطاقة الرياح، من بين أمور أخرى.
كيف تعمل الألواح الشمسية
- الطاقة الشمسية هي المصدر الرئيسي للعديد من الطاقات الموجودة في الطبيعة، فهي من المصادر التي لا تنضب للطاقة المتجددة.
- كما أنه يعتبر أكثر مصادر الطاقة المتجددة، بالإضافة إلى أصله منذ آلاف السنين.
- في ذلك، تم تسخين الماء وتجفيف بعض المحاصيل حتى لا تفسد.
- قبل العصر الحديث نجد العديد من الأبحاث والتجارب القائمة على استخدامات الطاقة الشمسية.
- في إنتاج الكهرباء في التدفئة وصهر المعادن والصناعات الأخرى.
- نظرًا لنمو الوقود وزيادة استهلاك الطاقة، نجد أن طاقة الشمس هي المصدر الأول الذي يمكن أن يحل محل النفط.
- وحاولت الدول الأكثر تعرضًا للشمس إنتاج الكهرباء بمساعدة الألواح الكهروضوئية التي تحول ضوء الشمس إلى كهرباء.
- الطاقة الحرارية الشمسية هي تقنية جديدة تحول ضوء الشمس إلى كهرباء، والتي تستخدمها حاليًا مزارع الرياح في البحار الأوروبية.
- 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، تتحرك جميعها في نفس الاتجاه، وهذا يعني تيارًا كهربائيًا.
- عندما يتم توصيل طرفي الخلية الكهروضوئية بنقطتي اتصال على السطح العلوي والسفلي للخلية، يمكن إنتاج تيار كهربائي بينما يستمر الضوء في السقوط على الخلية الكهروضوئية.
انظر أيضاً: مصادر الطاقة المتجددة وأهميتها
في النهاية، أوضح المقال كيف ساهمت الطاقة الشمسية في سهولة توليد الكهرباء من خلال ضوء الشمس.