تحتوي أشعة الشمس على العديد من الفوتونات والطاقة، ومن خلال الطاقة المتجددة يتم تلبية احتياجات العالم، مع التقدم الذي شهدناه في عصرنا والقدرة على تصنيع الخلايا الشمسية، بدأ الاستغلال لتحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية.
وذلك من خلال الألواح الشمسية، مع العديد من الخلايا الكهروضوئية، وفي هذه المقالة سوف نتعلم المزيد عن مبدأ الخلايا الشمسية.
معنى الخلية الشمسية
- إنها أداة وآلة موجودة على شكل خلايا مكدسة بجانب بعضها البعض، ومن خلال التأثير البصري للضوء.
- يتم تحويل ضوء الشمس إلى كهرباء ويسمى الخلايا الكهروضوئية أو الخلايا الكهروضوئية.
- هذه الخلايا مستخدمة منذ عقود، منذ عام 1996، وتعمل عبر الأقمار الصناعية.
- تعمل هذه الخلايا الشمسية على تشغيل محطة الفضاء الدولية.
- يوجد في إسبانيا حاليًا أكبر محطة لتوليد الطاقة تعمل بالطاقة الشمسية وتبلغ طاقتها حوالي 23 ميجاوات.
- تخطط إسبانيا لبناء أكبر محطة للطاقة، بطاقة حوالي 154 ميغاواط، تعمل على الخلايا الشمسية.
- في الأيام الأولى من إنشائها، كانت تسمى الخلية الشمسية، أو الخلايا الكهروضوئية، أو الخلايا الكهروضوئية بطارية شمسية حتى يكون لها معنى مختلف.
لمعرفة المزيد: ما هي الأجهزة التي تحول ضوء الشمس إلى طاقة كهربائية
مبدأ عمل الخلايا الشمسية
- توضع الخلايا الشمسية مباشرة تحت أشعة الشمس، ومن ثم تمتص هذه الخلايا أشعة الشمس.
- وتحويلها إلى طاقة كهربائية، حيث يمكن للناس الاستفادة من العديد من المجالات والأغراض.
- مما سبق نستنتج أن ضوء الشمس يعمل كبديل لما تفعله المولدات الكهربائية.
- عندما تشرق الشمس، وهذه الأشعة تحتوي على الكثير من الطاقة، تستقبل الألواح الشمسية هذه الطاقة.
- تحتوي هذه الألواح على العديد من الخلايا الشمسية، مصطفة بجانب بعضها البعض كما ذكرنا.
- تتكون هذه الخلايا في الغالب من السيليكون، وهو شبه موصل.
- تستقبل هذه الخلايا الطاقة الشمسية ثم تبدأ بالتصرف في عملية الطرد وتصبح مجالا كهربائيا.
- ثم يتم إطلاق الإلكترونات من مادة السيليكون أو مادة أشباه الموصلات، وتتجمع في شكل طاقة كهربائية وتنتج تيارًا كهربائيًا Dc، والذي يتم إنتاجه بطريقة كيميائية في البطاريات.
- من خلال محول يسمى العاكس، يتم تحويل الكهرباء الكيميائية Dc إلى كهرباء AC، والتي تستخدم في الحياة اليومية.
أنواع الخلايا الشمسية
تم إحراز تقدم في مجال صناعة الخلايا الشمسية، وبالتالي تم تطوير أنواع مختلفة من هذه الخلايا التي تختلف عن بعضها البعض من حيث الكفاءة والاستخدام ومدة الصلاحية، بما في ذلك:
خلايا أحادية البلورية
- هذا النوع من الخلايا مصنوع من السيليكون.
- وتتميز هذه الخلايا بكفاءة عالية، وقدرتها على امتصاص الطاقة الشمسية بنسبة 11٪ إلى 16٪، من خلال الإشعاع الذي يأتي من الشمس، والتي يمكن أن تصل قوتها إلى 1000 واط لكل متر مربع.
- يمكن أن ينتج كل متر مربع من هذه الخلايا حوالي 110 واط.
خلايا متعددة البلورات
- هذه عبارة عن رقائق مأخوذة من بلورات أسطوانية مصنوعة من السيليكون، ثم تتم معالجتها كيميائيًا في الأفران لزيادة خصائصها الكهربائية.
- هذا النوع من الخلايا من 9٪ إلى 13٪ من حيث الكفاءة.
الخلايا الليمفاوية
- يسهل تصنيع هذا النوع من التكنولوجيا والخلايا، ويتخذ السيليكون شكل طبقات رقيقة على سطح مصنوع من الزجاج أو البلاستيك.
- تتراوح كفاءة هذه الخلايا من 3٪ إلى حوالي 6٪.
- هذا النوع من الخلايا مناسب للمناطق التي تتطلب 40 واط أو أقل.
أنظر أيضا: تطبيقات استخدام الخلايا الشمسية
السيليكون في الخلايا الشمسية
- تحتوي ذرة السيليكون على 14 إلكترونًا، المدار الأول يتسع ليصل إلى إلكترونين، والمداري الثاني حيث يحتوي على ما يصل إلى ثمانية إلكترونات، وكلاهما مدارات مستقرة.
- يحتوي المدار الثالث على أربعة إلكترونات، وهذا المدار غير مستقر، لذا فهو يحتاج إلى 4 إلكترونات مختلفة لإكمال المدار.
- ذرات السيليكون مرتبطة بذرات سيليكون أخرى للحفاظ على استقرارها، وفي النهاية لدينا ما نسميه السيليكون البلوري.
- بلورة السليكون ضرورية لعمل الخلية، لأنها تمنع وجود الإلكترونات الحرة التي تساعد في تكوين التيار الكهربائي من خلال الطاقة الشمسية.
- يتم تعديل ذرات السيليكون بشكل طفيف لتلائم مبدأ الخلايا الشمسية، ويمكن حل هذه المشكلة عن طريق خلط السيليكون ببعض الشوائب مثل ذرة الفوسفور.
- تحتوي ذرة الفوسفور في مدارها الخارجي الأخير على 5 إلكترونات، لذلك لا يمكنها الارتباط بذرات السيليكون المجاورة لها.
- وهناك إلكترون لا أحد يتفاعل معه، وتهرب بعض الإلكترونات وتترك ثغرة خلفها نتيجة سقوط أشعة الشمس.
- تسمى هذه الإلكترونات في الخلية الشمسية بالناقلات الحرة.
- السيليكون له نوعان، السليكون السالب ويحتوي على الفوسفور كشوائب، والسيليكون الموجب، وهذا النوع يضاف إلى عنصر البورون الذي يحتوي على مدار آخر من 3 إلكترونات.
- بناءً على ما سبق، يتم تكوين مجال كهربائي، ومن خلال هذا المجال يمكن السماح للإلكترونات الحرة بالتحرك بطريقة منتظمة بحيث يمكن توليد تيار كهربائي يمكننا الاستفادة منه.
أضخم مشروع خلايا شمسية
مشروع نور للطاقة الشمسية
- تقع في دولة المغرب، ومحطة نور هي أكبر مشروع محطة للطاقة الشمسية في العالم.
- تقع في منطقة أغادير في بلدية ورزازات، كما أنها تحتوي على أكثر المناطق تعرضًا للشمس في العالم حيث تبلغ 2635 كيلووات للمتر المربع سنويًا.
- بدأ العمل في تطوير مجمع ورزازات بقدرة 500 ميغاواط وتحويله إلى حديقة للطاقة الشمسية. تضم هذه الحديقة العديد من محطات الطاقة الشمسية بتقنيات مختلفة.
- تصل قدرة المحطة الأولى في هذا المجمع إلى 160 ميغاواط، وفي أوقات الذروة ليلاً، يتم استخدام ثلاث ساعات من تخزين الطاقة الحرارية لتوفير الطاقة.
- سيعتمد نور 2 على تقنية المعالجة المركزية، بقدرة 200 ميغاواط، وسبع ساعات من التخزين.
- مشروع نور الثالث هو مشروع عالمي وصديق للبيئة بطاقة 150 ميغاوات.
- سيتم تطوير المشروع الثالث في مجمع ورزازات للطاقة الشمسية كجزء من التطورات المخطط لها.
- تغطي مشاريع نور الثلاثة مساحة 2500 هكتار، وفي عام 2018، ستبدأ شركة نور الثانية والثالثة في توصيل الكهرباء إلى الشبكة.
مشروع Long Yang Xia Dam للطاقة الشمسية
- تقع هذه الحديقة الشمسية على مساحة 25 كيلومترًا مربعًا من أربعة ملايين لوح شمسي.
- في فبراير 2017، أصبحت هذه الحديقة واحدة من أكبر مزارع الطاقة الشمسية في العالم، نظرًا لحجمها الكبير وقدرتها البالغة 850 ميجاوات.
- يقع مشروع حديقة الطاقة الشمسية في مقاطعة تشينغهاي، الصين.
- تنتج هذه الحديقة 220 / ساعة من الكهرباء سنويًا، والتي يمكن أن تستخدمها 200000 أسرة.
استنتاج
- تم استخدام مبدأ عمل الخلية الشمسية منذ عقود، وسبب انتشار هذه التقنية في الآونة الأخيرة.
- لذلك تصل الشركات إلى كفاءة تحويل عالية وبالتالي يتم تقليل تكلفة الإنتاج.
- من خلال الخلايا الشمسية يتم إنتاج الطاقة الكهربائية بأسعار تنافس الطرق التقليدية لتوليد الكهرباء.
نوصي أيضًا بما يلي: أسعار الخلايا الشمسية وأنواعها
في ختام مقالنا عن مبدأ عمل الخلية الشمسية نتمنى من الله -تعالى- أن تنال هذه المقالة ثناءكم وأن نفيدكم ونطلب منكم مشاركة المقال حتى نهاية انتشاره. الرفاهية والرفاهية للجميع.