تعد الطاقة الشمسية من أكبر مصادر الطاقة السطحية في العالم، وهي المصدر الطبيعي والضروري للإضاءة والتدفئة.
نظرًا لأهميتها الكبيرة في حياتنا، يفكر الإنسان في استخدامها بأفضل طريقة.
نعرف اليوم طريقة لاستغلال الطاقة الشمسية، وهي من عمل الخلايا الشمسية.
الخلايا الشمسية
- بسبب التلوث الكبير الذي يحدث على سطح الكرة الأرضية نتيجة زيادة العوادم والنفايات المنبعثة من مصادر الطاقة المختلفة.
- يؤثر هذا التلوث بشكل كبير على الغلاف الجوي والكائنات الحية.
- لذلك، بدأت العديد من الدول في التفكير في حل إيجابي لاستبدال مصادر الطاقة التي تلوث البيئة بمصادر صديقة للبيئة.
- هذه هي الطاقة الشمسية، لذلك اخترع العلماء ما يسمى بالخلايا الشمسية.
- تقوم هذه الخلايا بجمع وتخزين الطاقة الشمسية وتحويلها إلى طاقة كهربائية.
- يتم تخزينها في بطاريات مخصصة تمتص كميات كبيرة لاستخدامها في العديد من الأغراض في الحياة.
- بدأ اختراع الخلية الشمسية في بداية عام 1977 م.
- لكنه بدأ العمل الفعلي في عام 2013 وسرعان ما أصبح اتجاهًا اليوم في جميع البلدان.
- وتستخدم في الصناعة والزراعة والعديد من الجوانب المختلفة.
- أهم ما يميز الخلايا الشمسية أنها لا تنتج أي تفاعلات كيميائية أو فيزيائية يمكن أن تؤدي إلى تلف الكون.
قد تكون مهتمًا بـ: تطبيقات استخدام الخلايا الشمسية
عمل الخلايا الشمسية
تعتبر الخلية الشمسية من أهم اختراعات العصر الحديث، ونبين كيفية عملها أدناه:
- عندما يسقط ضوء الشمس على الخلايا الشمسية، تمنع أسطح هذه الخلايا انعكاس الطاقة الضوئية مرة أخرى.
- ثم تمتص الخلية الشمسية العديد من فوتونات الضوء من الشمس.
- تتحرك الإلكترونات في الخلايا الشمسية مسببة تغيرًا في محتوياتها، وتتجمع الإلكترونات في اتجاه الفجوة المناسبة لشحنتها.
- لذلك، يمكن إنشاء فرق جهد بين الطرفين، مما ينتج عنه تيار كهروضوئي.
- وإذا كنت ترغب في الحصول على كهرباء مناسبة، فإن الطرفين متصلان بموصل جيد.
- لكن معظم الخلايا الشمسية تحول الطاقة الضوئية إلى طاقة كهروضوئية.
- يتم تخزينها في بطاريات كبيرة لإعادة استخدام هذه الكهرباء المخزنة في الليل.
مما تتكون الخلية الشمسية؟
لتكوين نظام توليد الطاقة الشمسية من خلال الخلايا الشمسية، نحتاج إلى معرفة مكونات الخلية الشمسية.
وتتكون مما يلي:
- تتكون الخلايا الشمسية من مواد شبه موصلة توفر شحنات سالبة للسيليكون.
- تتكون الخلية الشمسية من عدة طبقات من نفس المادة.
- تتكون الخلية الشمسية عادة من السيليكون، وتنقسم الخلية إلى طبقتين:
- النوع P: يمثل مادة السيليكون حيث تكون كمية الإلكترونيات هي الغالبية.
- النوع N: يمثل مادة السليكون التي يكون فيها عدد الثقوب (الثقوب) هو الغالبية.
- عازلة بين طبقتين من مادة عازلة.
- بطارية متصلة بالخلية الشمسية لتخزين طاقتها الكهروضوئية.
ما هي أنواع الخلايا الشمسية؟
تتعدد أنواع الخلايا الشمسية، ومنها:
- خلية أحادية البلورية: وهي مصنوعة من مواد ممتازة وتصل كفاءة هذه الخلايا إلى 17٪.
- خلية متعددة البلورات: مصنوعة من رقائق السيليكون المعالجة.
- لزيادة الخواص والكفاءة الكهربائية بنسبة تصل إلى 16٪.
- خلايا غشاء مصنوعة من السيليكون على شكل طبقات رقيقة، وتصل كفاءتها إلى 6٪، وهي أصغرها سعة.
يتم اختيار كل نوع من هذه الأنواع للاستخدام المقصود، ووفقًا للتكلفة التي يتم بها وضع الخلية الشمسية.
قد تكون مهتمًا بـ: أسعار وأنواع الخلايا الشمسية
كيف تم تطوير الخلايا الشمسية؟
خضعت الخلايا الشمسية للعديد من التطورات منذ اختراعها حتى وصلت إلى شكلها الحالي:
- بدأت الخلايا الشمسية عندما درس العالم بيكريل في عام 1839 تأثير الضوء على المعادن.
- ما هي خصائص التيار الكهربائي الناتج عن الطاقة الضوئية.
- بعد ذلك، تم تطوير الفكرة والنظرية لاستخدام السيلينيوم لاستقبال الطاقة الضوئية وتحويلها إلى شحنات كهربائية.
- تمت دراسة الأحداث التي تحدث في مادة السيليكون عند استقبال الطاقة الضوئية وتحويلها إلى كهروضوئية.
- تم تكوين بعض الخلايا المكونة من أغشية رقيقة من كبريتيد الكادميوم وكبريتيد النحاس.
- توسع البحث في التسعينيات والثمانينيات في مجال الخلايا الشمسية.
- ازداد التطور للوصول إلى قدرة الخلايا الشمسية على توليد مئات الكيلوواط من الطاقة الكهروضوئية.
- في النهاية وصلت الخلايا الشمسية إلى الصورة التي هي عليها اليوم.
كيف تصنع الألواح الشمسية
يمكن صنع الخلايا الشمسية من خلال بضع خطوات بسيطة وتحقق نتائج جيدة:
- يتم تخطيط نظام الألواح الشمسية وأين سيتم وضعها.
- مجهزة بلوح خشبي ومسطرة ومنشار ولحام حديد.
- ثم توضع الخلايا الشمسية على لوح خشبي ويتم تباعد الخطوط بعناية.
- يتم وضع أسلاك الألواح الشمسية وتوصيلها بعناية جيدة.
- يتم لحام الأسلاك بطريقة مستمرة ومتسلسلة لبعضها البعض.
- يتم بيع الجانب السلبي إلى الجانب الإيجابي في النهاية بعد الاتصال.
- ثم يتم الحصول على جهد 12 أو 24.
- يتم الاتصال بالتوازي مع الخلايا الشمسية الموضوعة على الألواح.
- يتم توصيل الكهرباء بمصدر أو بجهاز كهربائي للتأكد من أنها تعمل بشكل صحيح.
- يمكن استخدام هذه الطاقة لتشغيل البطاريات والأجهزة المختلفة وشحنها.
أهمية ضوء الشمس للإنسان
يجلب ضوء الشمس العديد من الفوائد لجسم الإنسان، مثل ما يلي:
- تساعد أشعة الشمس في خفض ضغط الدم، لأن هناك مركبًا في الجسم، وهو أكسيد النيتريك.
- وهذا المركب عند تعرض الجلد لأشعة الشمس فهو يزيد الأوعية الدموية مما يعمل معه على خفض ضغط الدم.
- ينشط فيتامين د، وهو فعال جدًا في تكوين العظام وتصلبها.
- حيث أن تعرض الجسم لأشعة الشمس في فترات غير ضارة له ميزة كبيرة في تكوين فيتامين د 3.
- ويساعد الجسم على امتصاص الكالسيوم والحصول منه على أجهزة جيدة تمنح الجسم القوة وصلابة العظام.
- يمنح التعرض المستمر لأشعة الشمس طاقة إيجابية كبيرة لجسم الإنسان.
- ويعمل على تخفيف الاكتئاب خاصة في فصل الشتاء عن طريق تحفيز مضادات الأكسدة في الجسم.
- يقلل ضوء الشمس أيضًا من التعرض لمرض الزهايمر.
- كما أثبتت الفحوصات الطبية أن الأشخاص الذين لا يتعرضون لأشعة الشمس هم أكثر عرضة للإصابة بمرض الزهايمر.
- تعالج أشعة الشمس أيضًا العديد من الأمراض الجلدية وتعمل على منح البشرة مقاومة أكبر ضد الأمراض المختلفة.
- يوفر ضوء الشمس قدرة كبيرة على علاج وحماية جهاز المناعة في الجسم ودرء الأمراض التي قد تصيبه.
- تحمي أشعة الشمس الجسم من السرطانات المختلفة في حالة تعرض الجلد لها.
أهمية ضوء الشمس للنباتات والحيوانات
ضوء الشمس مهم جدًا لكل من النباتات والحيوانات المختلفة التالية:
- ضوء الشمس هو أساس الحياة للنباتات، لأنهم من خلاله يقومون بعمل البناء الضوئي.
- وهي حركة تنفس النباتات وإنتاج الغذاء لينمو بشكل جيد.
- بدون ضوء الشمس تذبل النباتات ولا تنمو بشكل صحيح وتصبح ضعيفة ورقيقة.
- بالنسبة للحيوانات، تحفز أشعة الشمس أجسامها على إنتاج فيتامين د بشكل طبيعي.
- يساهم في زيادة كفاءة امتصاص الكالسيوم وتقليل مخاطر كسور العظام.
- كما أنه ينشط جلود الحيوانات لتغيير ريشها وطيورها لريش صحي وللتخلص من الحشرات المختلفة التي تعيش فيها.
اقرأ أيضًا: الألواح الشمسية لتوليد الكهرباء
في السابق، أظهرنا طريقة عمل الخلايا الشمسية وكيف تعمل الخلايا الشمسية وتنتج وتنتج الطاقة الكهروضوئية.
ما هي أهمية الضوء للناس والنباتات والحيوانات في الحفاظ على صحة الأرض.