مكونات الخلية الشمسية التي سنجدها اليوم في هذا المقال يمكنك استخدامها حصريًا على موقع محمود حسونة، ولا شك أن الخلية الشمسية من الاختراعات التي أفادت البشرية.
وتعتبر من الإنجازات الحديثة التي لعبت دوراً في تعزيز الاعتماد على الطاقة المتجددة من خلال توليد الكهرباء من الشمس.
مكونات الخلايا الشمسية
تتكون الخلية الشمسية من عدة مكونات وهي:
- زجاج غير عاكس.
- طبقة من الأسلاك النحاسية تحمل الكهرباء تسمى الكاثود.
- طبقة من بلورات السليكون التي يجب أن تكون سالبة الشحنة ويضاف إليها الفوسفور.
- طبقة من بلورات السليكون موجبة الشحنة مليئة بالثقوب ويضاف إليها عنصر البورون.
- تسمى طبقة من الأسلاك النحاسية التي توصل الكهرباء الأنود.
- وهنا تجدر الإشارة إلى أن السيليكون من أهم العناصر التي تساعد في توليد الكهرباء.
راجع أيضًا: استخدام الطاقة الشمسية لتوليد الكهرباء
ماذا تعني الخلية الشمسية؟
الخلية الشمسية تقدم علمي عظيم، واختراع عظيم يفيد البشرية، ويفتح الباب على نطاق واسع من استخدامات الطاقة المتجددة. يمكننا تعريف الخلايا الشمسية على النحو التالي:
- الخلايا الكهروضوئية التي تمتص الفوتونات (جسيمات الضوء التي تحمل الطاقة الكهرومغناطيسية، الفوتونات).
- تنبعث هذه الجزيئات من الشمس وتتحول إلى كهرباء.
- فيما يتعلق بآلية عمل الخلية الشمسية، فإنها تعتمد على التفاعل بين مكوناتها الرئيسية.
مبدأ عمل الخلايا الشمسية
فيما يلي عرض تفصيلي لكيفية عمل الخلايا الشمسية:
- عندما يدخل ضوء الشمس أو فوتونات الضوء إلى سطح الزجاج غير العاكس حيث توجد الخلية الشمسية، تبدأ ذرات السيليكون التي تتحد مع ذرات الفوسفور في تكوين نوع من حركة الإلكترونات.
- من خلال طبقة الفسفور، يتم توليد الشحنات الكهربائية اعتمادًا على قوة الإشعاع الشمسي.
- يتم نقل الشحنات الكهربائية المنبعثة من الطبقة السالبة إلى الثقوب الموجودة في الطبقة السفلية بإلكترونات موجبة.
- هنا، السليكون الممزوج بالبورون يعمل على امتصاص الشحنات حتى يحدث التفاعل.
- نتيجة للانتقال بين الطبقتين، يتم توليد تيار كهربائي أو فرق جهد كهربائي هنا، وهو مستمر، ويمر عبر الموصل الكهربائي (الكاثود والأنود).
- الخلية الشمسية متصلة بأجهزة كهربائية، أو أي مصباح، أو جهاز كهربائي.
- يتم إنشاء الخلية الشمسية هنا مثل بطارية تعمل بالطاقة الشمسية.
أنواع الخلايا الشمسية
أما أنواع الخلايا الشمسية فهي ثلاثة أنواع ونعرفها كالآتي:
الخلايا الشمسية أحادية البلورية
- هذا النوع أكثر اقتصادا.
- تتكون الخلايا هنا من بلورة السيليكون، مما يمنحها كفاءة عالية.
- كمية الكهرباء المولدة من 110 إلى 116 واط لكل متر مربع.
الخلايا الشمسية الكريستالات
- يتكون هذا النوع من رقائق السيليكون المعالجة كيميائياً.
- تتم معالجتها في أفران تزيد من الكفاءة الكهربائية.
- سطحه مغطى بمجموعة من المواد المضادة للانعكاس، بحيث يحدث الامتصاص الكامل للأشعة الشمسية.
- كفاءة هذا النوع مقارنة بالنوع الأول هي 9-13٪.
الخلايا الشمسية غير المتبلورة
- هذا النوع يتميز بكفاءة منخفضة وسعر منخفض.
- والسبب في ذلك هو وضع السيليكون على سطح البلاستيك أو الزجاج المستخدم في صنع الخلية.
- وتتراوح كمية الطاقة الكهربائية المنبعثة منه بين 3 إلى 6٪.
اقرأ أيضًا: مكونات الخلايا الشمسية
أصل مصطلح الخلايا الشمسية
يسأل الكثير من الناس عن أصل مصطلح الخلايا الشمسية، وبالطبع هذا المصطلح ليس نتاجًا لليوم ولكن له تاريخ طويل، مثل:
- يأتي المصطلح من اسم فولتا، وهو فيزيائي إيطالي.
- الفولت – وحدة من القوة الدافعة الكهربائية – وبالتالي فإن مصطلح (الكهروضوئية) باللغة الإنجليزية من عام 1849 حتى اليوم.
- 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 السيلينيوم شبه الموصّل بطبقة رقيقة من الذهب لتشكيل التقاطعات.
- كفاءة جهاز الوقت حوالي 1٪ فقط.
- في عام 1888 قام الفيزيائي الروسي ألكسندروستوليتوف ببناء أول خلية كهروضوئية بناءً على التأثير الكهروضوئي الخارجي الذي اكتشفه هاينريش هيرتز في عام 1887.
كيف تصنع الخلايا الشمسية؟
يعتمد العلماء على الآلية التالية لإنشاء خلية شمسية:
- تتكون الخلية الشمسية باستخدام شريطين صغيرين مصنوعين 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 تبريد النحاس.
- تُترك طبقة أكسيد النحاس الأحمر المتكونة تحتها لتعمل كطبقة شبه موصلة.
ما هي فوائد الخلايا الشمسية؟
فوائد الخلايا الشمسية كثيرة، اقتصاديًا وبيئيًا.
- مصدر مهم للطاقة المتجددة.
- مصدر طاقة صديق للبيئة، لأنه يقلل الاعتماد على النفط.
- يتم استخدامه لتشغيل الأقمار الصناعية في الفضاء.
- كما أنها تستخدم في عملية تقطير الماء.
- يلعب دورًا في توليد الطاقة الحرارية والطاقة الكهربائية.
- تتقدم التكنولوجيا في مجال الطاقة الشمسية بمرور الوقت، مما يعني أن المستقبل سيأتي بنا شيئًا جديدًا وأكثر تقدمًا من الخلية الشمسية.
انظر هنا: كيف تعمل الخلايا الشمسية
لذلك، نحدد معًا مكونات الخلية الشمسية، ونكرر ونؤكد على أهمية الخلية الشمسية.
تعتبر مصدرا هاما للطاقة المتجددة، وتكلفتها المنخفضة تجعلها مصدر ثقة ضروري، خاصة أنها مصدر يدفع النفط للخارج، ويوفر على الناس التكاليف وأضراره.