ما هي مكونات الخلية الشمسية

مكونات الخلية الشمسية

تتم صناعة الخلايا الشمسية من مواد مختلفة، ويجدر بالذكر أن جميع هذه المواد نادرة الوجود في الطبيعة. في الآونة الأخيرة، تم التركيز على استخدام مادة السيليكون في الخلايا الشمسية، وذلك لأنها متوفرة بكميات كبيرة في الطبيعة. قبل استخدامها، قام العلماء بدراسة عيوبها ومميزاتها بدقة، ومدى ملائمتها لتصنيع الخلايا الشمسية وما إذا كانت ستحقق النتائج المطلوبة أم لا.

لذلك، يتشكل الخلايا الشمسية عموما من مادة بلورية سميكة مثل السيليكون البلوري، أو من مادة غير بلورية رقيقة مثل السيليكون الأحادي البلوري، أو من مادة مترسبة على شكل طبقات متراكبة أو ما يعرف بالشرائح وتكون شبه موصلة، مثل زرنيخ الجاليوم، بالإضافة إلى وجود إطار من الألومنيوم وأسلاك التوصيل وبطارية وفولتميتر، وفيما يلي سنقوم بتعريف المكونات بالتفصيل:

الألواح

الألواح هي الجزء الخارجي المرئي من الخلية الشمسية، يمكن ترتيبها على شكل صفوف على الأسطح أو الأعمدة أو مباشرة على الأرض، يجب تثبيتها بشكل جيد في أي مكان توضع فيه من خلال استخدام الحوامل الخاصة بها، وتكون بزاوية مناسبة لاتجاه أشعة الشمس، لتحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية.

البطارية

تعمل الخلية الشمسية على إنتاج الطاقة من خلال أشعة الشمس في النهار، وهذا يتطلب وجود مخزن لتخزين الطاقة التي تنتجها هذه العملية لاستخدامها في الليل. وهذا المخزن هو البطارية، حيث يتم تخزين الطاقة من أشعة الشمس للاستفادة منها في الظلام أو في الأيام الغائمة التي لا توجد فيها شمس.

العاكس

تعمل الخلايا الشمسية على إنتاج طاقة مستمرة تعرف باسم تيار مستمر (DC)، ومع ذلك يتم استخدام التيار المتردد في المنازل، لذلك يجب وجود محول لتحويل التيار المستمر إلى تيار متردد حتى يمكن استخدامه في المنازل وللأجهزة المنزلية.

جهاز التحكم في الشحن

هذا الجهاز متواجد في أي خلية شمسية، حيث يقوم بتنظيم كمية التيار الذي يغذي الألواح الضوئية في البطاريات التي تم شحنها، والمهمته الرئيسية هي منع الشحن الزائد للبطاريات وعدم تسرب التيار من البطارية إلى المجموعة الضوئية في الليل أو في حالة غياب الشمس.

السيليكون

قبل استخدام السيليكون، يتم معالجته، حيث يستخرج من مناجم السيليكا المتواجدة غالبا في المناطق ذات تركيز عال من الكوارتز، ويتم صقل السيليكون حتى يصل إلى الصفات المعدنية المطلوبة، وتتم هذه العملية في فرن القوس الكهربائي، ومع ذلك، الخلية تظل كهروضوئية، مما يزيد من كمية الطاقة المولدة منها، بالإضافة إلى جعلها طاقة نقية، حيث يكون السيليكون النقي متبلور، ويعتبر هو الهيكل الأساسي في الخلايا الكهروضوئية.

الخلايا الشمسية

الخلية الشمسية، وتعرف أيضا باسم الخلية الضوئية أو الخلية الكهروضوئية، هي عنصر إلكتروني أو محول فولت ضوئي. تتألف من مواد متعددة الخصائص، وتمتاز بقدرتها على امتصاص الفوتونات من أشعة الشمس وتحويلها إلى طاقة شمسية، وكذلك تحويل الطاقة الشمسية مباشرة إلى تيار كهربائي مستمر عن طريق التأثير الجهدي الضوئي.

يتكون التركيب الفيزيائي للخلية الشمسية من رقائق رفيعة مصنوعة من مادة السيليكون، حيث تحمل جانب واحد شحنة موجبة والجانب الآخر تحمل شحنة سالبة. عند سقوط أشعة الشمس عليها أو بعض الفوتونات الضوئية ذات الطاقة، تعطي الإلكترونات طاقة تمكنها من الاهتزاز حراريا، ومن خلال هذه الطاقة يمكن كسر الروابط وتحرير الإلكترونات.

فكرة عمل الخلية الشمسية

عندما يتعرض الألواح الشمسية للضوء الشمسي، تعمل الطبقة غير القابلة للانعكاس على امتصاص أكبر كمية من الضوء بكفاءة عالية، حيث تتفاعل الطبقة الحاملة للشحنة السالبة مع الفوتونات المنبعثة من الشمس لتكون قادرة على الحركة، ومن ثم تنتقل إلى الطبقة الحاملة للشحنة الموجبة في منطقة التوصيل.

تقوم هذه العملية بتوليد الطاقة الكهربائية من خلال أطراف الخلية، وتزيد من الحركة بزيادة كثافة الضوء الذي يسقط على الخلية نفسها.

استخدامات الخلايا الشمسية

يمكن استخدام الطاقة الشمسية في العديد من الأشايء ومنها ما يلي:

• يمكن استخدامها في تسخين الماء أو تسخين حمامات السباحة والتدفئة والإضاءة وغيرها.
• يمكن استخدامها أيضا كوسيلة للتبريد، حيث يزداد التبريد كلما زاد الإشعاع الشمسي، وعندئذ تزداد كفاءة أجهزة التبريد الشمسي.
• يمكن استخدام الخلايا الشمسية في المنازل والزراعة وتحلية المياه العذبة والمالحة.
• الهدف الأساسي للخلايا الشمسية هو توليد الكهرباء من أشعة الشمس، بالإضافة إلى تشغيل الأجهزة الصغيرة مثل الساعات والألعاب الإلكترونية والحواسيب الصغيرة.
• تستخدم في بعض البلدان لتشغيل إشارات المرور وأجهزة الإنذار ومراوح السقف وهواتف الطوارئ وضخ الماء، بالإضافة إلى استخدامها في المناطق النائية التي لا تحتوي على شبكات كهربائية.

مشاكل استخدام الخلايا الشمسية

على الرغم من أن الطاقة الشمسية هي إحدى مصادر الطاقة الطبيعية والمجانية التي يمكن الحصول عليها، إلا أنها تواجه بعض المشاكل عند استخدام الخلايا الشمسية، ويشمل ذلك:

• تعتبر إقامة أنظمة الخلايا الشمسية أمرا مكلفا للغاية، ولذلك فإن العديد من الأشخاص لا يفضلون استخدام الطاقة الشمسية في الأمور الشخصية مثل الاستخدامات المنزلية
• لا يمكن الحصول على الطاقة الشمسية إلا في فترة النهار فقط، لذلك لا يمكن استخدامها أو الاعتماد عليها أثناء فترة الليل أي عند غياب الشمس، لأن الشمس هي العامل الرئيسي في استخراج الطاقة الشمسية.
• تقل كفاءة الألواح الشمسية في الأجواء الباردة والشتوية وعندما تكون الشمس غير واضحة بسبب الأجواء الضبابية، ولكن تم تجاوز هذه المشكلة بوجود بطاريات لتخزين الطاقة.
• يجب الحرص على تنظيف ألواح الطاقة الشمسية بشكل مستمر، ويجب أن يتم إزالة الأتربة أو أي شيء يعوق وصول الشمس إلى اللوح الزجاجي
• لا يمكن استخدام الخلايا الشمسية في الأماكن المغلقة التي لا يصلها ضوء الشمس أو في الأماكن الضيقة التي لا يصلها ضوء الشمس بشكل كامل.
• أسعار البطاريات المستخدمة في تخزين الطاقة الشمسية مرتفعة جدا.

كيفية تركيب الألواح الشمسية في المنازل بسهولة

هناك العديد من الطرق التي يمكن اتباعها لتركيب الألواح الشمسية في المنزل بسهولة وفائدة حتى تقليل السلبيات المرتبطة بالطاقة الشمسية، ومن بين هذه الطرق ما يلي:

• في البداية، ينبغي أن تطلب المساعدة من استشاري لكي يساعدك ولتتجنب الوقوع في الأخطاء.
• قبل البدء في شراء المعدات وتركيب الألواح الشمسية على الحوامل المخصصة لها، يجب تقدير المساحة المتاحة لديك لتوفير الوقت والمال.
• يجب حساب احتياجات الطاقة التي ترغب في الحصول عليها، حيث يمكن حساب احتياجات الطاقة الخاصة بك من خلال حساب متوسط عدد الكيلوواط في الساعة الموجود في الجزء السفلي من فواتير الكهرباء الخاصة بك، والتأكد من تلبية احتياجات الطاقة في كل فصل ومن أن الطاقة التي يمكن إنتاجها وتخزينها تكفي لتلبية المتطلبات، حتى في أوقات الظهيرة
• قراءة العديد من الكتب لفهم أساسيات الكهرباء والألواح الشمسية بشكل أفضل، وذلك لتحقيق نتائج أفضل
• اختيار نوع النظام لحساب عدد اللوحات اللازمة لإنشاء الألواح الشمسية.